Regeringen willen belastinginkomsten. Chauffeurs willen goedkope kilometers. Het resultaat? Een verwoede strijd om een energiebron te vinden die geen benzine is. Jarenlang schommelde de industrie tussen hype en loze beloften. Waterstof? Wacht nog steeds op de infrastructuur. Batterijdichtheid? Verbetering, maar langzaam. De nieuwste kanshebber is echter geen nieuw element of een complexe chemische verbinding. Het is precies datgene wat we proberen te elimineren. Kooldioxide.
Kunnen we uitlaatgassen daadwerkelijk omzetten in energie?
Het klinkt als sciencefiction-alchemie. Neem het broeikasgas dat de planeet opwarmt, haal het uit elkaar en bouw het opnieuw op tot vloeibare brandstof. Verschillende bedrijven zijn momenteel bezig om van CO2-brandstof een commerciële realiteit te maken. Ze praten er niet alleen meer over. Ze bouwen piloten. De logica is verleidelijk. Als je de koolstof die door de ene motor wordt uitgestoten, kunt opvangen en omzetten in brandstof voor een andere motor, creëer je een gesloten kringloop. Een circulaire koolstofeconomie, in wezen. Er hoeven geen nieuwe fossiele brandstoffen te worden geboord. Gewoon gerecycled.
Maar de duivel zit in de chemie. En de economie.
De energiekosten voor het omzetten van lucht in brandstof
Het proces omvat doorgaans het opvangen van CO2 uit industriële emissies of zelfs rechtstreeks uit de atmosfeer. Dan heb je waterstof nodig. Niet zomaar waterstof, maar groene waterstof, geproduceerd via elektrolyse met behulp van hernieuwbare elektriciteit. Je slaat de CO2 en H2 onder hoge druk en hitte samen, met behulp van gespecialiseerde katalysatoren. Het resultaat? Synthetische brandstoffen, ook wel e-fuels of power-to-liquid (PtL) genoemd.
De vangst? Om dit te bewerkstelligen is een enorme hoeveelheid energie nodig. Elektrolyse is inefficiënt. Compressie is energie-intensief. Bij het conversieproces gaat een aanzienlijk deel van de oorspronkelijke hernieuwbare energie verloren. Dus hoewel de brandstof bij verbranding CO2-neutraal is, is de productieketen er verre van. Tenzij je een absurde hoeveelheid overtollige wind- of zonne-energie hebt, wordt de wiskunde snel lelijk.
Waarom deze plotselinge interesse?
Waarom nu? Omdat de verbrandingsmotor niet stilletjes weggaat. Het EU-verbod uit 2035 op nieuwe ICE-auto’s heeft tot paniek geleid onder bestaande fabrikanten. Porsche investeert al flink in e-fuels. Ze beweren dat hoewel nieuwe auto’s elektrisch moeten zijn, de miljarden bestaande ICE-voertuigen op de weg een directe vervanging voor benzine nodig hebben. Diesel, vliegtuigbrandstof, scheepsbrandstof: ze hebben allemaal alternatieven nodig. Van CO2 afkomstige brandstoffen bieden een brug. Een manier om de motoren draaiende te houden zonder nieuwe koolstof aan de atmosfeer toe te voegen.
Maar is het goedkoper? Nog niet. De productiekosten zijn hoog. De infrastructuur voor de distributie van deze synthetische brandstoffen bestaat niet op grote schaal. En de efficiëntiekloof blijft een schrijnend probleem. Een elektromotor is ongeveer 77-90% efficiënt van net tot wiel. Een e-fuelmotor? Misschien 30-40%. Je gooit de helft van je energie weg alleen maar om het te verbranden.
De echte vraag is niet of het werkt, maar of het ertoe doet
De technologie werkt. We weten dit al tientallen jaren. Het Haber-Bosch-proces deed in de 20e eeuw iets soortgelijks met ammoniak. Het Fischer-Tropsch-proces zet steenkool om in vloeibare brandstof, die in Zuid-Afrika veel wordt gebruikt. Nu ruilen we steenkool gewoon in voor afgevangen CO2 en groene waterstof.
Het knelpunt is niet de wetenschap. Het is schaal. Kunnen we voldoende groene waterstof produceren?
De economische realiteit van koolstofbrandstof
Byron Elton verkoopt niet alleen een droom. Hij wijst op een concrete joint venture van $10 miljard tussen Louisiana en Sasol, een Zuid-Afrikaanse energiegigant, om een enorme Gas-to-Liquid (GTL)-fabriek te bouwen nabij Lake Charles. Het doel? Om te bewijzen dat CO2-voertuigen niet alleen een curiosum uit het laboratorium zijn. Ze komen. Snel.
Eltons bedrijf, Carbon Sciences, heeft een proces dat CO2, methaan en een katalysator omzet in syngas. Dit syngas wordt schone diesel. Later vliegtuigbrandstof. Dan benzine. Geen motorwissels. Geen aanpassing. Gewoon oppompen en gaan.
Het Fischer-Tropsch-proces hierachter is niet nieuw. Het voedde tanks in de Tweede Wereldoorlog. Maar het was altijd te duur om met ruwe olie te concurreren. Elton beweert dat dat veranderd is. Zijn technologie maakt het naar verluidt levensvatbaar. En schoon. Hij stelt dat we niet alleen maar brandstof maken. We zijn de atmosfeer aan het schrobben.
Maar niet iedereen koopt het.
De oppositie ontkent de chemie niet. Zij ontkennen de economie. Brandstof maken uit CO2 is kostbaar. Het is inefficiënt. De energie-input die nodig is om de koolstof op te vangen en om te zetten, is vaak groter dan de energie-output van de laatste druppel.
Dus wat krijgen we? Een schonere verbranding. Een kleinere voetafdruk. Maar tegen een hogere prijs. En een lager rendement.
Zijn we het klimaatprobleem werkelijk aan het oplossen? Of gewoon een duurdere manier van rijden vinden?
Slecht ruilen voor minder slecht
Het debat gaat niet over natuurkunde. Het gaat over pragmatisme.
Als u een beleidsmaker bent die agressieve emissiedoelstellingen wil halen, bieden CO2-voertuigen een directe oplossing. Jij vangt het afval op. Je zet het om in energie. Je maakt er een lus van. Het is circulair. Het is sexy.
Maar als je een ingenieur of een consument bent, wordt de wiskunde lelijk. De LCA (Life Cycle Assessment) vertelt een ander verhaal. De infrastructuur voor GTL is kapitaalintensief. De energiedichtheid is goed, maar niet genoeg om de winningskosten te compenseren.
Sommigen beweren dat we de slechte lucht van aardolie inruilen voor de slechte economische aspecten van synthetische brandstof. Het is een netto winst in zuiverheid. Een netto verlies aan betaalbaarheid.
Elton zegt dat de kosten zullen dalen. Sasol zegt dat het volume de prijs zal rechtvaardigen. De deelstaatregering van Louisiana zegt dat de banen het risico rechtvaardigen.
Maar de sceptici blijven. Ze zien een oplossing op zoek naar een probleem. Of een probleem dat al wordt opgelost door batterijen en hernieuwbare energiebronnen.
Waarom miljarden investeren in een complexe chemische fabriek als je het elektriciteitsnet gewoon kunt elektrificeren?
Het antwoord hangt af van wat u meer waardeert. Onmiddellijke vermindering van de uitlaatemissies? Of systeemefficiëntie op de lange termijn?
Er is geen eenvoudig antwoord. Gewoon een keuze tussen twee onvolmaakte toekomsten. Eén verbrandt vuil. De ander verbrandt geld. Beide verbranden koolstof.
De brandstof is klaar. De vraag is of iemand daarvoor wil betalen.
De thermodynamica van koolstofrecycling
De hype rond het afvangen van CO2 om synthetische brandstoffen te creëren klinkt Ozzie Zehner griezelig bekend in de oren. Als gastprofessor aan UC-Berkeley en auteur van het binnenkort te verschijnen boek Green Illusions (Bison Books, 2012), ziet Zehner een directe parallel met de hausse aan waterstofbrandstofcellen die nog maar een paar jaar geleden tot stilstand kwam. Dat tijdperk beloofde een schone toekomst, aangedreven door overtollige zonne-energie die wordt gebruikt om water in waterstof te splitsen. De vangst? De energieboekhouding klopte nooit. Je moest meer energie in het elektrolyseproces pompen dan je ooit uit de brandstofcel hebt teruggekregen.
Het is alsof je een gelddrukmachine runt die 23 dollar kost om een biljet van 20 dollar af te drukken. Je geeft letterlijk waarde uit om waarde te creëren, met een nettoverlies.
Zehner stelt dat het creëren van synthetische brandstoffen uit koolstofdioxide net zo energetisch bestraffend is. Voorstanders beweren dat deze processen warmte of elektriciteit kunnen opslaan in een verzendbare vloeibare vorm voor later gebruik. Dat is technisch waar. Maar hier is de harde waarheid die Zehner benadrukt: CO2 is geen brandstof. Het is een afvalproduct. Het moet chemisch worden verfijnd tot iets brandbaars, zoals methaan, het belangrijkste bestanddeel van aardgas.
De barrière is de thermodynamica. Specifiek de endotherme reactie die nodig is om koolstof en waterstof te binden. Je moet een aanzienlijke hoeveelheid warmte en energie injecteren om de reactie aan te sturen. Je haalt er misschien wat brandstof uit, maar je krijgt nooit al die inputenergie terug.
‘Tot ze erachter komen hoe we de wetten van de thermodynamica kunnen veranderen,’ zegt Zehner, ‘zitten we vast aan wat we hebben.’
Dus waarom zou je door de complexe, energie-intensieve rompslomp gaan? Zehner wijst erop dat het veel eenvoudiger en goedkoper is om eenvoudigweg bestaande aardgasbronnen te winnen. We hebben al enorme voorraden methaan in de grond. Waarom betalen om CO2 uit de atmosfeer te halen, het met waterstof te mengen, intense hitte toe te passen en vervolgens het resulterende methaan te extraheren? Geen enkele industriële speler doet dat. De economie werkt niet als je een kant-en-klaar aanbod van het eindproduct hebt.
Dan is er nog het reinheidsargument. Voorstanders suggereren dat synthetische brandstoffen schoner zijn dan fossiele brandstoffen. Per definitie zijn ze dat niet. Je hebt energie nodig om de brandstof te creëren of te hervormen. Als die energie uit kernenergie komt om voldoende volume te krijgen voor het conversieproces, blijft er een politieke vraag over: is kernenergie eigenlijk schoner dan het opgraven van fossiele brandstoffen? Het antwoord hangt af van wie je het vraagt.
Waarom koolstof-naar-brandstof energie zuigt
Het kernprobleem met synthetische brandstoffen is de energieboete. Om CO2 om te zetten in een bruikbare brandstof zoals methaan, heb je een endotherme reactie nodig. Dit betekent dat je externe warmte en energie moet leveren om de chemische verandering te bewerkstelligen. Je krijgt een deel van de energie terug in de resulterende brandstof, maar nooit helemaal. Zoals Zehner opmerkt: totdat iemand erachter komt hoe we de wetten van de thermodynamica kunnen veranderen, zitten we vast aan de fysieke realiteit van energieverlies.
Zehner vergelijkt dit met de mislukte waterstofdroom. Waterstofbrandstofcellen zouden overtollige zonnewindenergie gebruiken om waterstof te creëren. Het probleem? Het kostte meer energie om de waterstof te maken dan je eruit haalde. Het is alsof je een machine hebt die biljetten van $ 20 maakt, maar het kost $ 23 om ze allemaal te maken.
Zehner stelt dat het creëren van CO2-brandstoffen net zo energie-intensief is
De valse gelijkwaardigheid van de belangenbehartiging voor groene auto’s
Zehners conclusie komt met een zware klap. Hij stelt dat we eenvoudigweg het ene probleem voor het andere verruilen. “Het is niet acceptabel dat artsen reclame maken voor sigaretten met een laag teergehalte”, merkt hij op. “Waarom zouden milieuactivisten auto’s op alternatieve brandstoffen moeten promoten?”
Het klinkt scherp. Het speelt goed in een debat. Maar houdt dit stand als je naar de feitelijke werking van de situatie kijkt? De analogie van sigaretten met een laag teergehalte negeert het fundamentele verschil tussen een product dat inherent giftig is en een technologie die simpelweg minder schadelijk is dan zijn voorganger.
De slepende vraag is niet alleen retorisch. Het is praktisch. Is een alternatief met een lager teergehalte een haalbare oplossing voor het milieu? Of polijsten we alleen maar het chroom van een zinkend schip? Het debat over de vraag of alternatieve brandstoffen een echte oplossing zijn of een afleiding voor de marketing, blijft wijd open.
