Chemische industrie kan volledig koolstofneutraal worden

Chemische industrie kan volledig koolstofneutraal worden

De chemische industrie zou koolstofneutraal kunnen worden, zo blijkt uit nieuw onderzoek.

De Zwitserse Bondsraad heeft besloten dat het land tegen 2050 koolstofneutraal moet zijn. Dat is een uitdaging voor het autoverkeer en de hele energiesector, maar niet onmogelijk, bijvoorbeeld met systematische elektrificatie en het exclusieve gebruik van koolstofneutrale energiebronnen.

Voor de chemische industrie zal een dergelijke omschakeling moeilijker zijn. Terwijl voor veel andere industriële sectoren hun energie-efficiëntie een van de voornaamste punten van zorg is, moet de chemische industrie zich ook bezighouden met de grondstoffenproblematiek.

"Polymeren, kunststoffen, synthetische textielvezels en geneesmiddelen bevatten allemaal koolstof. Het moet ergens vandaan komen," legt Marco Mazzotti uit, professor in procestechniek aan de ETH Zürich. Op dit moment is het overgrote deel van deze koolstof afkomstig uit olie en aardgas. Tijdens de productie en wanneer de chemische producten worden verbrand of aan het eind van hun levensduur worden afgebroken, komt er_CO2 vrij.

Aan de hand van concrete cijfers en de methanolproductie als casestudy hebben Mazzotti en collega's van de ETH Zürich en de Universiteit Utrecht nu systematisch verschillende benaderingen vergeleken die erop gericht zijn de netto_CO2-emissies van de chemische industrie tot nul terug te brengen. De belangrijkste conclusie van de nieuwe studie is dat het doel van het bereiken van netto-nul_CO2-emissies in de chemische industrie in feite haalbaar is.

Alle in de studie onderzochte benaderingen om dit doel te bereiken hebben echter zowel voor- als nadelen, die zich in verschillende regio's van de wereld op verschillende wijze manifesteren. Bovendien is voor alle drie concepten meer energie (in de vorm van elektriciteit) nodig dan voor de huidige productiemethoden.

De drie door de onderzoekers voorgestelde methoden zijn de volgende:

• Eén benadering houdt in dat fossiele grondstoffen gebruikt blijven worden, maar dat_{de CO2-uitstoot} systematisch wordt afgevangen en ondergronds wordt vastgelegd via een proces dat bekend staat als carbon capture and storage (CCS). Het grote voordeel hierbij is dat de huidige industriële productieprocessen niet hoeven te worden gewijzigd. De opslaglocaties moeten echter geschikt zijn wat hun geologie betreft, met bijvoorbeeld diepe sedimentaire lagen die zout water bevatten. Dergelijke locaties zijn niet overal ter wereld te vinden.
• Bijeen andere aanpak zou de industrie koolstof gebruiken uit_CO2 dat vooraf uit de lucht of uit industriële afvalgassen is opgevangen. Dit proces wordt koolstofafvang en -benutting (CCU) genoemd. De waterstof die nodig is voor chemische producten zou met behulp van elektriciteit uit water kunnen worden gewonnen. Deze aanpak zou een grondige revisie van de chemische productieprocessen en de wederopbouw van grote delen van de industriële infrastructuur vereisen. Bovendien is er een extreem grote hoeveelheid elektriciteit voor nodig - zes tot tien keer meer dan voor CCS. "Deze methode kan alleen worden aanbevolen in landen met een koolstofneutrale elektriciteitsmix," legt Mazzotti uit. "We tonen duidelijk aan dat het gebruik van grote hoeveelheden elektriciteit uit kolen- of gasgestookte centrales in feite veel slechter zou zijn voor het klimaat dan de huidige op fossiele brandstoffen gebaseerde productiemethode."
• Een laatste optie zou zijn om biomassa (hout, suikerplanten, oliehoudende planten) tegebruiken als grondstof voor de chemische industrie. Hoewel deze methode minder elektriciteit vergt dan de andere, gaat zij gepaard met een zeer intensief landgebruik omde gewassen te telen - er is 40-240 keer meer land voor nodig dan voor de andere benaderingen.

Mazzotti en zijn coauteurs baseerden hun studie op de productie van methanol, die vergelijkbaar is met het proces dat wordt gebruikt voor de productie van brandstoffen.

Hun werk levert daarom ook informatie op voor de discussie over toekomstige vliegtuigbrandstoffen, zegt Mazzotti. "We horen steeds weer, zelfs van deskundigen, dat de enige manier waarop de luchtvaart koolstofneutraal kan worden het gebruik van synthetische brandstoffen is," zegt hij. "Maar dat is niet waar."

De productie van synthetische brandstoffen is een zeer energie-intensief proces. Als hiervoor elektriciteit uit kolen- of gasgestookte elektriciteitscentrales zou worden gebruikt, zouden synthetische brandstoffen een nog grotere koolstofvoetafdruk hebben dan fossiele brandstoffen. Uit de studie blijkt dat er ten minste twee levensvatbare alternatieven voor synthetische brandstoffen zijn: de luchtvaart zou fossiele brandstoffen kunnen blijven gebruiken als de_CO2 die vliegtuigen uitstoten, wordt opgevangen en elders wordt vastgelegd, of de brandstoffen zouden kunnen worden verkregen uit biomassa.

Het onderzoek verschijnt inOnderzoek naar industriële en technische chemie.

Dit onderzoeksproject werd gefinancierd door het Swiss Competence Center for Energy Research-Efficiency of Industrial Processes (SCCER-EIP) en het Zwitserse Federale Energiebureau.

Bron: ETHZürich via FUTURITY. ORG

Originele studie DOI: 10.1021/acs.iecr.9b06579