Nieuws

‘CO2 is gewoon een ondergeschoven kindje’

CO2 is niet alleen een bedreiging voor het klimaat, het kan ook dienen als grondstof. Voor de groei van planten en algen natuurlijk, maar ook voor de productie van kunstmest, polymeren en antiklopmiddelen.

‘CO2 is gewoon een ondergeschoven kindje. Het heeft een heel slecht imago, maar je kunt het voor een hoop processen goed gebruiken’, zegt ir. Carel Callenbach. De directeur van algenkwekerij Ingrepro uit Borculo kan het weten. In de tijd waarin afvang en ondergrondse opslag van CO2 modetermen zijn, gebruikt zijn bedrijf het verfoeide gas volop.

De kweker leidt het rookgas uit een stookketel voor de aanpalende levensmiddelenfabriek naar de bakken waarin algen groeien. Een hectare groene algen zet jaarlijks honderd ton koolstofdioxide om in biomassa. ‘Wij kweken algen voor de productie van voedsel en biobrandstoffen. Het doel is niet het wegvangen van CO2, maar het is wel een hele positieve bijkomstigheid.’

Wat er op dit moment in Nederland aan algenkweek staat, is niet veel, beseft Callenbach. ‘Maar het gaat erom wat er gaat komen. Dit jaar zetten we zeker nog dertig hectare neer en volgend jaar komt er waarschijnlijk weer honderd hectare bij.’ Ook bouwt Ingrepro samen met Akzo een pilot van vijfduizend vierkante meter in Delfzijl, die gebruikt maakt van het rookgas uit de naastgelegen Essent-centrale. Hierin gaan de bedrijven biogas en olie voor fijnchemicaliën produceren.

Een dergelijke samenwerking tussen de industrie en de Nederlandse glastuinbouw bestaat al langer. Vanaf eind 2005 levert OCAP (een samenwerking tussen VolkerWessels en Linde Gas) CO2 dat vrijkomt bij Shell Pernis aan de tuinders. Zo hoeven de tuinders zelf geen aardgas te verstoken om aan voldoende koolstofdioxide voor hun kassen te komen.

De regeling is populair; in 2007 (een jaar eerder dan gepland) bereikte OCAP de maximale leveringscapaciteit van 160 ton CO2 per uur. Het bedrijf is nu op zoek naar andere CO2-bronnen om de capaciteit uit te breiden.


Maar koolstofdioxide is niet alleen te gebruiken voor de groei van planten en algen. Er zijn ook veel ontwikkelingen gaande voor de industriële benutting van het gas. CO2 is weliswaar een zeer stabiele component, hetgeen betekent dat het moeilijk chemische reacties aangaat, het heeft ook enkele nuttige eigenschappen.

De belangrijkste daarvan is dat de stof al onder zeer milde omstandigheden (31 °C en 75 bar) in superkritische fase overgaat. In deze fase heeft CO2 eigenschappen van zowel een vloeistof als een gas en is het goed te gebruiken als oplosmiddel en procesmedium.

Een voorbeeld van eventuele toepassing op grote schaal is bij de hydroformylering van hogere olefinen. Dit is een belangrijk industrieel proces voor de productie van aldehydes, een tussenproduct voor het maken van weekmakers in plastics of voor het fabriceren van schoonmaakmiddelen en geurstoffen.

Nu voeren producenten van aldehydes de reactie nog in een tweefasensysteem van organische oplosmiddelen uit. Dr. ir. Ard Koeken concludeerde bij zijn promotie begin dit jaar echter dat het ook met superkritisch CO2 als procesmedium kan. Er ontstaat dan een éénfasesysteem, waardoor de reactie sneller kan verlopen. Bovendien zou CO2 als alternatief medium minder milieubelasting en brand- en explosiegevaar opleveren en blijft het niet achter als reactieproduct.

Nadeel bij het gebruik van koolstofdioxide als oplosmiddel is echter dat het niet wordt gebruikt in de reactie en dus niet uit de atmosfeer wordt weggenomen. Dat is anders bij de productie van polymeren met CO2 als grondstof.

Op dit gebied zijn DSM en het Dutch Polymer Institute (DPI) in Nederland zeer actief. DSM investeerde eind 2007 in het Amerikaanse bedrijf Novomer dat gespecialiseerd is in het maken van polycarbonaten uit epoxides en koolstofdioxide. Novomer, een spin-off van de Cornell University, heeft een katalysator ontwikkeld waarmee dit proces onder lage temperatuur en druk kan plaatsvinden. Het hierbij geproduceerde polymeer heeft andere eigenschappen dan de huidige generatie polycarbonaten en is te gebruiken als spuitgietbaar plastic of als bindmiddel voor keramische materialen.

Voor een full-scale installatie is het echter nog te vroeg. De Technische Universiteit Eindhoven (Tu/e) en het DPI hebben wel al onderzoek uitgevoerd naar de proceskundige mogelijkheden van een dergelijke reactie. Hierbij gebruikten zij superkritisch CO2 zowel als oplosmiddel, als reactant en als extractiemiddel. Toenmalig onderzoeksleider bij de TU/e prof. dr. ir. Jos Keurentjes (tevens werkzaam bij Akzo) is positief over het proces. ‘Maar ik denk wel dat het nog zeker vijf jaar duurt voordat het commercieel kan worden toegepast’, zegt hij in het blad PetroChem.

Dr. ir. Peter Nossin, zowel verbonden aan DSM als aan DPI, meldt nog een ander proces voor het maken van polymeren uit CO2. Het gaat om de biologische productie van barnsteenzuur (ook bekend als succinic acid) uit koolstofdioxide en suikers, en daaropvolgend het maken van een polyester uit barnsteenzuur en butaandiol.

Voor het eerste proces bouwt DSM samen met het Franse Roquette in 2009 in Lestrem (Noord Frankrijk) een demonstratiefabriek. Daar willen zij het biologische proces, waarbij bacteriën barnsteenzuur maken, optimaliseren. ‘De biologische productie is een energiezuiniger proces dan de huidige productie uit fossiele brandstoffen. Alles valt of staat echter bij de kostprijs’, aldus Nossin.

Het barnsteenzuur is direct te gebruiken, bijvoorbeeld als vervanger van corrosief zout voor het behandelen van ijzige oppervlaktes, maar kan ook als grondstof dienen voor de bovengenoemde polymerisatie. Mitsubishi wil op deze manier polybutyleen succinaat (PBS) produceren voor onder meer de automobielindustrie. ‘De verwachting is dat het proces binnen een aantal jaren economisch haalbaar is’, zegt Nossin.

Een grootschalig proces dat nu al draait is de productie van ureum (voor onder andere kunstmest) uit ammonium en koolstofdioxide. Yara Sluiskil, dochter van het Noorse Yara International, produceert in haar fabriek in Zeeland op die manier ureum. Het chemieconcern kondigde in juli aan dat het in 2011 de twee bestaande productiefaciliteiten vervangt voor één grote, waarmee de productie met de helft zal stijgen tot 3500 ton per dag.

Yara gebruikt voor de ureumproductie CO2 dat het concern bij andere processen produceert. Het gebruikt in de nieuwe fabriek 240.000 ton CO2 per jaar, waarmee de totale CO2-uitstoot van Yara Sluiskil 12,5 procent afneemt. Overigens zorgt de ureumproductie alles bij elkaar niet voor een netto afname van CO2, omdat de productie van ammoniak juist CO2 genereert.

Een proces dat volgens de Britse onderzoeker Michael North wel kan helpen het broeikaseffect te bestrijden is het gebruiken van CO2 voor het maken van antiklopmiddelen in benzine. Dat levert op zich geen vermindering van koolstofdioxide-uitstoot op maar spaart wel CO2 die vrijkomt bij de conventionele productie van antiklopmiddel voor verbrandingsmotoren. De hoogleraar van de Newcastle University claimt dat koolstofdioxide op industriële schaal is in te bouwen in een epoxide, waarbij een groter cyclisch carbonaat ontstaat. Hiervoor ontwikkelde hij een nieuwe katalysator, die het proces mogelijk maakt bij kamertemperatuur en atmosferische druk en met rookgassen als CO2-bron. Het proces werkt op labschaal en North probeert nu samenwerkingsverbanden op touw te zetten voor een eerste pilot plant.

Overigens dienen de cyclische carbonaten nog niet als antiklopmiddel, maar dat zou wel kunnen. Volgens North is bij een volledige bediening van de Britse markt (antiklopmiddelen meegerekend) jaarlijks 48 miljoen ton aan CO2 in cyclische carbonaten in te bouwen.

Dat is echter nog toekomstmuziek. Hoewel de initiatieven om CO2 te gebruiken voor nuttige producten legio zijn, gaat de zoektocht naar de heilige graal nog altijd voort. Nossin: ‘Het rechtstreeks benutten van CO2 uit rookgassen voor de duurzame en goedkope productie van producten die je op grote schaal kunt verkopen, dat zou iedereen wel willen.’