CO₂-afvang in één seconde? Nieuwe techniek moet zichzelf nog bewijzen

Nederland wil tussen 2040 en 2050 jaarlijks 20 tot 25 miljoen ton CO₂ uit de atmosfeer verwijderen. Om dat doel te bereiken, zijn nieuwe technieken nodig die grote hoeveelheden CO₂ tegen aanvaardbare kosten kunnen afvangen. Onderzoekers van het Zwitserse Empa werken aan een mogelijke oplossing: ultradunne coatings die CO₂ razendsnel opnemen en weer vrijgeven. Daarmee hopen ze de installaties voor directe CO₂-afvang kleiner en energiezuiniger te maken.

Bij bestaande technieken voor directe CO₂-afvang uit de lucht (Direct Air Capture, DAC) worden grote hoeveelheden lucht door poreuze materialen geleid. Deze materialen binden CO₂, waarna het gas door verhitting, vacuüm of stoom weer wordt vrijgemaakt.

De onderzoekers van Empa kiezen voor een andere aanpak. In plaats van zoveel mogelijk CO₂ per cyclus op te slaan, willen zij kleinere hoeveelheden veel sneller achter elkaar afvangen. Hiervoor gebruiken ze ultradunne coatings met aminegroepen, die CO₂ chemisch kunnen binden. Het belangrijkste voordeel van deze dunne coating, is de geringe thermische massa. Omdat slechts een kleine hoeveelheid materiaal hoeft te worden verwarmd en afgekoeld, kan de afwisseling tussen het opnemen en vrijgeven van CO₂ veel sneller verlopen.

Volgens Empa-onderzoeker Dirk Hegemann maakt dit een aanzienlijke versnelling mogelijk. Het uiteindelijke doel is een volledige cyclus van minder dan één seconde, tegenover enkele minuten bij conventionele systemen. De coating bindt CO₂ aan of vlak onder het oppervlak. Het gas hoeft daardoor niet diep in een poreus materiaal door te dringen, wat niet alleen de reactiesnelheid kan verhogen, maar ook de hoeveelheid energie kan beperken die nodig is om de opgenomen CO₂ weer vrij te maken.

Bewegend oppervlak

Het voorgestelde systeem werkt met een continu bewegend oppervlak dat is voorzien van de CO₂-bindende coating. Dit oppervlak beweegt afwisselend door twee zones. In de eerste zone stroomt buitenlucht langs het materiaal en wordt CO₂ opgenomen. Vervolgens beweegt het oppervlak naar een tweede zone, waar het onder verlaagde druk wordt verwarmd. Hierdoor komt de opgeslagen CO₂ vrij en kan de coating opnieuw worden gebruikt. De onderzoekers verwachten bovendien dat de bewegende constructie zelf kan bijdragen aan het verplaatsen van lucht. Hierdoor zou mogelijk minder ventilatorvermogen nodig zijn.

Een ander voordeel van het concept is de mogelijkheid om kleinere modules te combineren. In plaats van steeds grotere afvanginstallaties te bouwen, zouden meerdere compacte eenheden gezamenlijk de gewenste capaciteit kunnen leveren.

Hoewel de eerste stromings- en processimulaties perspectief bieden, hebben de onderzoekers nog niet experimenteel aangetoond dat een volledige afvangcyclus daadwerkelijk binnen één seconde kan plaatsvinden. Daarvoor ontwikkelen zij een nieuwe meetopstelling waarmee onder meer de snelheid van CO₂-opname en -afgifte wordt onderzocht. Ook moet blijken hoeveel CO₂ per tijdseenheid kan worden afgevangen en hoe goed de coatings bestand zijn tegen langdurig herhaald gebruik.

Als deze uitdagingen worden opgelost, kan de techniek een alternatief bieden voor bestaande DAC-systemen en bijdragen aan de ontwikkeling van kleinere, flexibel inzetbare installaties voor CO₂-afvang.