Watertechnologisch onderzoekscentrum Wetsus en REDstack, de Friese scale-up die is voortgekomen uit Wetsus-onderzoek, hebben samen met internationale partners voor het eerst ter wereld gedemonstreerd dat het mogelijk is om CO2 uit rookgas op pilotschaal af te vangen door water te splitsen met membraantechnologie.
De troef van de nieuwe techniek is elektrodialyse met bipolaire membranen, ontwikkeld door REDstack en Wetsus. Onder het aanbrengen van elektriciteit splitsen deze membranen water op in protonen (H+) en hydroxide-ionen (OH–). Hierdoor ontstaan binnen een membraanstack afwisselend zure en basische compartimenten. De daling van de pH aan één kant van een membraan leidt tot het vrijkomen van CO2 als zuivere, bruikbare gasstroom, terwijl de stijging van de pH aan de andere kant van een membraan leidt tot het regenereren van water, dat vervolgens meteen weer inzetbaar is voor een nieuwe ronde elektrodialyse.
“De membranen zijn ontwikkeld voor en door de watersector, en worden veelgebruikt voor het behandelen van afvalwater. Dat ze nu ook kunnen worden toegepast voor het elektrochemisch splitsen van water, is echt revolutionair”, zegt Sara Vallejo Castaño, wetenschappelijk projectleider bij Wetsus, aan de telefoon.
Zonder schadelijke bijproducten
Voor het absorberen van CO2 maakt de nieuwe techniek gebruik van een oplossing van kaliumhydroxide (KOH) in water. In tegenstelling tot de amines die hier in de industrie gangbaar voor zijn en die afbreken tot schadelijke bijproducten zoals nitrosamines, is dat bij KOH niet het geval. Wanneer de KOH-oplossing eenmaal een bepaalde hoeveelheid CO2 heeft opgenomen, reageren KOH en CO2 met elkaar tot stabiele zouten (K2CO3 en KHCO3).
De uitvinding werd samen met de Technical University of Denmark en de Schotse Heriot-Watt University gedaan in het internationale samenwerkingsverband ConsenCUS, een door de EU gefinancierd project voor het ontwikkelen van elektrisch aangedreven CO2-afvang- en -opslagtechnologie. De samenwerkende partijen publiceerden hun resultaten onlangs in het wetenschappelijk tijdschrift Carbon Capture Science & Technology.
Pilotinstallatie
Met een mobiele pilotinstallatie is de techniek getest op CO2-houdend rookgas van een Deense cementfabriek, een Roemeense olieraffinaderij en een Griekse magnesietverwerker. Hierbij bleken de bipolaire membranen meer dan 900 uur lang 10 kilogram CO2 per uur uit rookgas te kunnen onttrekken.
“Het elektrochemisch afvangen van dit veelbesproken broeikasgas is al een unicum op zich. Maar dat het ook op deze schaal werkt, is nooit eerder vertoond”, schrijft Wetsus in een persbericht. Andere elektrochemische CO2-afvangtechnieken zijn volgens Wetsus bovendien nog nooit voorbij het laboratorium-stadium gekomen.
‘Moordend tempo’
Volgens Wetsus is de technologie in een “razend tempo” opgeschaald. Op de ladder van technology readiness levels (TRL), een schaal van 1 tot 9 die aangeeft in hoeverre een concept klaar is om de markt op te gaan, klom de technologie in drie jaar tijd van TRL 3 naar 7. Daarmee verkeert het nu in de demonstratiefase (TRL 7-8) en zit het ‘huidige commerciële, meer vervuilende technologie’ volgens Wetsus op de hielen.
“Die drie jaar tijd is echt heel snel”, zegt Vallejo Castaño aan de telefoon. “Daarbij hielp het dat we uit de startblokken konden met de kennis die REDstack de afgelopen 10 jaar heeft opgebouwd over membraantechnologie, en dat de Technical University of Denmark al veel ervaring had met CO2-afvangtechnieken.”
“Dat de technologie zo’n ongelofelijke groeispurt heeft gemaakt, laat zien wat voor potentieel er voor ons ligt”, aldus Vallejo Castaño in het persbericht van Wetsus. “Ik heb van heel dichtbij gezien hoe de elektrodialysestacks van een oppervlakte van 0,1 m2 in het lab door REDstack zijn opgeschaald naar bijna 50 m2. Dat dit in zo’n moordend tempo kan, geeft veel hoop voor de toekomst.”
Volgende stappen
Waar de partijen nu aan willen gaan sleutelen is het energieverbruik van de techniek. Die ligt tot nu toe tussen de 15 en 45 gigajoules (GJ) per ton CO2. Daarmee verbruikt het meer energie dan bestaande commerciële methoden, maar volgens de onderzoekers kan dit worden teruggebracht tot mogelijk ver onder de 10 GJ per ton CO2.
Momenteel is het consortium op zoek naar financiering voor een volgende pilot, waarvan het doel is het energieverbruik omlaag te brengen, en een langere operationele duur dan de tot nu toe behaalde 900 uur te demonsteren.
