‘Blue Energy in de lucht’ | Technisch Weekblad
Nieuws

‘Blue Energy in de lucht’

Koolstofdioxidehoudende afgassen uit fabrieksschoorstenen zijn te gebruiken om elektriciteit mee te genereren. Kennisinstituut Wetsus in Leeuwarden toonde de proof of principles aan van een proces waarbij het rookgas door water of een waterige elektrolyt wordt geleid, waarna met twee elektroden en twee ionselectieve membranen de elektriciteitsopwekking plaatsvindt.

Het onderzoek werd vorige week gepubliceerd in Environmental Science and Technology Letters. 

Eerder maakte Wetsus in samenwerking met Wageningen UR furore met Blue Energy, de oogst van energie uit het mengen van zoet en zout water. ‘Je zou dit “Blue Energy in de lucht” kunnen noemen’, zegt hoofdonderzoeker Bert Hamelers van Wetsus.

Aan de basis ligt de simpele reactie van koolstofdioxide met water Daardoor ontstaat diwaterstofcarbonaat (H2CO3) dat splitst in een proton (H+) en bicarbonaat (HCO3-). Het proton wordt door een selectief membraan doorgelaten op weg naar de negatief geladen koolstofkathode. Het bicarbonaat gaat op zijn beurt door een ander selectief membraan naar de anode. Het verschil in spanning wordt kortgesloten tot elektrische stroom.

‘In water werkt het op deze manier’, licht Hamelers toe, ‘maar in mono-ethanolamine (MEA)-elektrolytoplossing is de gemiddelde energiedichtheid met 4,5 mW/m2 meer dan zestien keer zo groot als in water.’

Net als bij Blue Energy presenteert Wetsus een ontzagwekkend potentieel aan elektriciteit. ‘Als alle beschikbare koolstofdioxide in de wereld die nu nutteloos naar de lucht ontwijkt, door de elektrolyt wordt gebubbeld, is er theoretisch potentieel van 1570 TWh per jaar beschikbaar’, zegt Hamelers. Dat komt neer op 1,5 biljard kWh/jaar, oftewel ongeveer 8 % van het wereldwijde stroomverbruik in 2008.

Een oplossing voor het klimaatprobleem, in de zin dat het systeem koolstofdioxide aan de atmosfeer onttrekt, belooft deze vinding overigens niet. ‘We presenteren alleen een omweggetje om de energie uit de koolstofdioxide te halen. Bij het ontladen van de verzadigde elektroden ontstaat weer koolstofdioxide.’ 

Volgens Wetsus moet het mogelijk zijn om de afgassen na de rookgasreiniging in de schoorsteen door de elektrolyt te leiden. Wat daarbij helpt, is dat in de afgassen van de industriële productieprocessen altijd veel waterdamp aanwezig is, aldus Hamelers. ‘Misschien kunnen we die condenseren.’

Zover is het voorlopig niet. Eerst moet de stroomsterkte worden opgeschaald. Het proces van verdere opschaling en mogelijke ontwikkeling van de membranen zal ongetwijfeld de nodige onderzoekstijd in beslag nemen. 

‘Net als bij Blue Energy gaat het er om dat we tot een modulair systeem komen, bestaande uit een basiseenheid die stroom produceert tegen een zo hoog mogelijk rendement. Door die module van Redstack vervolgens handig te stapelen, kunnen we toewerken naar een schaal die toepasbaar is in de praktijk’, zegt Hamelers.

Uiteraard komen alle grootschalige, koolstofdioxide-rijke puntbronnen in aanmerking, zoals raffinaderijen, hoogovens, kolencentrales, grote chemiebedrijven. ‘Zoals de rookgasreiniging bij kolencentrales niet zelden een grotere fabriek vergt dan de poederkoolverbranding zelf, zo zal de energiewinning uit koolstofdioxide een derde ‘bulky’ plant in beslag nemen.’

Bert Hamelers denkt wel dat er enkele versnellingen in de verdere r&d zitten ten opzichte van Blue Energy. ‘We kunnen bijna één op één de membranen gebruiken die bij Fuji zijn ontwikkeld. Dat betekent dat de membranen intussen zeer grootschalig en dus tegen aantrekkelijke kosten zijn te produceren.’ 

Dat zelfde geldt voor de voorlopig als beste uit de bus rollende MEA-vloeistof. ‘Daarvan is met het onderzoek naar koolstofdioxide-opslag en bij raffinaderijen al veel proceskennis beschikbaar’, aldus de onderzoeker. 

En er is nog iets. ‘Anders dan bij Blue Energy hebben we niet te maken met vervuiling die de membranen kan verstoppen (fouling). Evenmin gelden er ecologische bezwaren die bij Blue Energy uit de weg moeten worden geruimd zoals waterfauna die mogelijk het loodje kan leggen in de fabriek op de grens tussen zout en zout water.’

Blue Energy begon in 2006 met een vermogen van 0,1 W (ventilatortje) en haalde in 2009 1 kW (fikse stofzuiger). Op dit moment wordt gebouwd aan een proefinstallatie op de Afsluitdijk van 50 kW (Volkswagen Golf). Die moet uitgroeien tot een 200 kW-installatie. Dat is de maat waarmee de ingenieurs denken modules te stapelen tot een centrale van 200 MW.