CO2 efficiënter benut met nieuwe techniek

De glastuinbouw kent momenten van CO₂-vraag zonder warmtebehoefte. Niet overal zijn kassen aan te sluiten op een extern CO₂-leidingnetwerk, zoals OCAP. Een voor de tuinbouw nieuwe techniek kan uitkomst bieden om CO₂ af te vangen tijdens wkk-draaiuren, en die tijdelijk op te slaan.

De glastuinbouw zet in op een transitie naar duurzaam en fossielvrij energiegebruik. In de overgangsfase, waarin nog gebruikgemaakt wordt van de wkk en ketel, is het wenselijk dat de optimale momenten van CO₂-vraag van het gewas losgekoppeld worden van de tijdsblokken waarin de warmte- en CO₂-productie plaatsvindt. Dit kan door de vrijgekomen CO₂ tijdelijk op te slaan. Die kan dan gedoseerd worden als de planten daar behoefte aan hebben, ook op zomerse momenten waarop er geen extra warmtevraag is. Of op tijden dat het in de huidige energiemarkt prijstechnisch ongunstig is om de wkk te laten draaien.

Geconcentreerde opslag

Maar met lucht uit gangbare rookgasreinigers, waar slechts 5 tot 10% CO₂ in zit, zijn volumes veel te groot voor een prijstechnisch rendabele opslag van die vrijgekomen CO₂. De CO₂-zuiverheid moet eerst minstens 70% zijn om tijdelijke opslag in CO₂-ballonnen haalbaar te maken. Op het Expertisecentrum Energie van Thomas More in Geel (B) gaan onderzoekers Fjo de Ridder en Jan Creylman daarom kijken of een daar nu opgestelde gloednieuwe CO₂-installatie geschikt is als voorbereidende stap om wel die benodigde minimale concentratie te halen. Dit betreft een voor de glastuinbouw geheel nieuwe techniek. Industrieel wordt deze al wel langer toegepast, bijvoorbeeld om zuurstof van stikstof te scheiden.

Betaalbare installatie

Een in de tuinbouw al eerder geïntroduceerde manier om CO₂ geconcentreerd af te vangen, onder andere toegepast in combinatie met biomassaverbranding, is een chemisch proces. Daarbij reageert de CO₂ met amines en wordt later weer vrijgegeven. Voordeel is een zeer hoge mate van zuiverheid, van rond de 99%. Nadeel is dat er gewerkt wordt met reactieve stoffen die giftig en corrosief zijn. Dit vraagt hoge veiligheidseisen, wat het proces duurder maakt. Thomas More-docent en expert glastuinbouw Herman Marien: “Je moet er operators op hebben zitten om zulke installaties draaiende te houden. Terwijl wij juist op zoek zijn naar een betaalbare plug-and-playinstallatie op lokaal bedrijfsniveau. En eentje waar telers ‘morgen’ mee aan de slag kunnen met hun wkk’s, en niet pas na tien jaar verder onderzoek.”

Fysisch proces

De installatie bij Thomas More is gebaseerd op een heel ander principe. Bij deze zogenoemde Pressure Swing Adsorption (PSA) vindt scheiding van CO₂ plaats op basis van fysische principes, in plaats van met een chemisch proces. De rookgassen worden door een kolom met zeolietkorrels geleid die specifiek CO₂ aan zich binden, maar overige gassen makkelijk doorlaten. Deze poreuze korreltjes bestaan uit allemaal kleine tunneltjes waar CO₂ in gevangen blijft zitten. Onderzoeker Jan Creylman van het Experticecentrum Energie: “Denk aan 200 tot 1.000 vierkante meter oppervlak per gram korrel-materiaal, waar CO₂ aan kan adsorberen.”

Zeoliet-korrels adsorberen CO2, waaruit het later met een vacuümpomp weer wordt vrijgemaakt.

Als zo’n adsorptietank zich gevuld heeft met CO₂, worden de achtergebleven rookgassen met stikstof afgevoerd. Daarna wordt deze tank ontladen. Dit desorberen of vrijmaken van de gebonden CO₂ gebeurt door een heel lichte onderdruk van 0,2 bar te creëren met een vacuümpomp. Of, zoals de onderzoekers het hele proces heel simpel beeldend uitdrukken: “Alsof je CO₂ op een post-it plakt en het er later weer vanaf plukt.” De verzamelde CO₂ wordt dan opgeslagen in ballonnen, totdat het in de teelt nodig is. Door het proces onder hogere druk uit te voeren, bijvoorbeeld bij 10 bar, zou nog efficiënter meer CO₂ in de tanks op te slaan zijn. Creylman: “Maar dan ben je natuurlijk ook 90 tot 95% stikstof onder druk aan het zetten, wat geld kost.” De Ridder vult aan: “En ook naar veiligheidsaspecten toe wordt het dan lastiger.”

Continu proces

Om het proces van laden en ontladen van CO₂ continu te laten verlopen, zijn twee kolommen opgenomen in de installatie. Als er een vol is, gaat de andere laden terwijl de eerste weer ontladen wordt. En zo wisselt het elkaar alternerend af. De Ridder: “In het CO₂-bindingsproces wil je geen water. Anders wordt het één grote smurrie. Daarom bestaat de helft van de installatie uit apparatuur voor ontvochtiging en afkoeling van de rookgassen.” De opgestelde installatie is een schaalmodel, dat 300 kuub rookgassen per uur kan verwerken. Als de techniek in de praktijk toegepast wordt, zullen de CO₂-afvanginstallaties veel groter worden. Dat zal ook de kostprijs drukken. “Als je de volumecapaciteit tien keer zo groot maakt, heeft dat vaak slechts ongeveer een drie keer zo groot verhogend effect op de kostprijs.”

Zuiverheidsgraad

De concentratie en zuiverheid zijn minder dan bij chemische binding aan amines. Maar dat de vereiste 70% gehaald zal gaan worden, daar hebben de onderzoekers wel vertrouwen in. Zeker na optimalisatie van het proces, mogelijk ook met het vinden van zeolietkorrels die nog selectiever CO₂ binden. Verder zal nog een membraanfilter achter de installatie geschakeld worden, als extra zuiveringsstap. Het onderzoek bij Thomas More zal aantonen of het aanvullend nog nodig is om er ook nog een rookgasreiniger achter te plaatsen, om eventuele resterende schadelijke bijgassen er nog uit te halen. Naast het meten van de onzuiverheden en CO₂-concentraties, zal de geconcentreerde CO₂ ook daadwerkelijk gedoseerd worden in klimaatkamers met planten, om te kijken hoe het gewas daar op reageert. Hiervoor worden ter vergelijking drie identieke klimaatkamers gebruikt: de eerste krijgt zuivere CO₂ uit een gasfles, de tweede gezuiverde CO₂ uit de nieuwe installatie, en derde ongezuiverde rookgassen. Waar in de ene dezelfde concentratie aan zuivere CO₂ wordt toegediend en de andere rechtstreeks op de ongezuiverde rookgassen wordt aangesloten. Het totale onderzoek naar de CO₂-afvang en opslag wordt uitgevoerd binnen het kader van het Energiek-project van Interreg Vlaanderen-Nederland.