(Bloomberg, 3 november 2023) – Een nauwelijks bereden stuk weg in de buurt van Bakersfield, Californië, lijkt misschien een vreemde plek om te proberen twee milieucrises tegelijk op te lossen. Maar daar, ingeklemd tussen een stilgelegd zonne-energieproject en een amandelboerderij, test een bedrijf een machine die CO2 en water uit de lucht kan zuigen.
Die machine is de eerste poging van Avnos, een startup uit Los Angeles, om te bewijzen dat het kan wat het hybride direct air capture (DAC) noemt. De techniek zou de lucht zuiveren van CO2 en water opvangen dat gebruikt kan worden in een tijdperk van toenemende droogte. Het is een maanreis die inzet op een technologie die al maanreis is.
Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft onlangs aangekondigd meer dan 1 miljard dollar te investeren in verschillende projecten om CO2 uit de lucht te halen. Avnos maakt deel uit van een onderzoeksgroep die 12 miljoen dollar van deze fondsen heeft ontvangen. (Het bedrijf haalde ook 80 miljoen dollar op in zijn laatste financieringsronde.)
Artikel gaat verder na afbeelding.
Een aantal startups die aan het probleem werken, gebruiken machines die lucht aanzuigen met behulp van grote ventilatoren die de lucht vervolgens over of door een chemisch oplosmiddel leiden dat de CO2 van de lucht scheidt. Die CO2 wordt dan ondergronds opgeslagen, waar het theoretisch eeuwen of langer blijft, in plaats van de planeet op te warmen in de atmosfeer.
Avnos probeert hetzelfde te doen, maar zijn technologie produceert ook een waardevol bijproduct in het proces: water. De machines van het bedrijf leiden omgevingslucht door een droogmiddel dat water onttrekt. Vervolgens gaat die ontvochtigde lucht door een gepatenteerd adsorberend materiaal dat de CO2 opvangt.
Voor elke ton afgevangen CO2 is Avnos in staat om ongeveer 5 tot 10 ton water te produceren, volgens CEO en oprichter Will Kain. Dit zet de DAC-vergelijking op zijn kop: het gemiddelde DAC-systeem verbruikt 5 tot 10 ton water voor elke ton afgevangen CO2, volgens Pete McGrail, een laboratoriummedewerker van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) en adviseur van Avnos.
“Het is eigenlijk een vies geheimpje dat DAC-systemen natuurlijk energie verbruiken”, zegt McGrail. “Maar deze technologieën verbruiken ook veel water als onderdeel van het proces.”
DAC is energie-intensief, wat één van de redenen is voor de hoge kosten. Wetenschappers schatten dat het gebruik van DAC om jaarlijks miljarden tonnen koolstof uit de atmosfeer te verwijderen meer energie zou vereisen dan momenteel beschikbaar is.
Een deel van de reden waarom DAC zoveel energie vereist, is dat veel van de gebruikte chemische oplosmiddelen veel warmte vereisen om de CO2 van de lucht te scheiden.
Het systeem van Avnos, dat meer dan vier jaar geleden voor het eerst werd ontwikkeld door McGrail en andere onderzoekers bij PNNL, verlaagt de hoeveelheid energie die nodig is om koolstof uit de lucht te halen drastisch, zei hij.
Het doet dit door niet te vertrouwen op chemische oplosmiddelen die moeten worden verhit, maar in plaats daarvan gebruik te maken van vochtgevoelige fysische oplosmiddelen, die niet dezelfde warmtevereisten hebben om CO2 op te vangen en weer vrij te geven.
Artikel gaat verder na afbeelding.
En de warmte die nodig is om het proces aan te drijven, wordt verzameld aan één kant van de machine, die deze warmte genereert, waardoor een uniek ‘vochtschommelingsproces’ ontstaat.
Andere onderzoekers evalueren ook de voordelen van een energiezuinige, vochtige aanpak om het hoge energieverbruik van DAC te verminderen. In een onderzoek van oktober ontdekte een groep van de Northwestern University dat de techniek onder de juiste omstandigheden een energie-efficiënte en kosteneffectieve benadering van koolstofafvang kan zijn.
Hoewel de in het onderzoek geteste benadering anders was dan de technologie van Avnos, zou een op vochtschommelingen gebaseerd DAC-systeem “een belangrijk onderdeel van het portfolio” kunnen zijn.
In elk geval als het gaat om het verwijderen van CO2, aldus Vinayak Dravid, hoogleraar materiaalwetenschappen en techniek aan de McCormick School of Engineering van Northwestern en hoofdauteur van het onderzoek.
Het produceren van water staat centraal in de waardepropositie van Avnos. Het systeem van de startup vereist nog steeds energie en investeringen om de machines te bouwen.
Door het geproduceerde water te verkopen aan lokale gemeenten of aan bedrijven die het kunnen gebruiken om duurzame vliegtuigbrandstof te maken, kunnen deze kosten worden gecompenseerd.
Hoewel DAC nog in de kinderschoenen staat, stuit het al op weerstand van de lokale gemeenschap. Het creëren van water als een bijproduct van koolstofverwijdering zou Avnos een sociale licentie kunnen geven om te werken, aldus Kain, vooral op plaatsen zoals Californië waar waterschaarste een groot probleem is.
Het proces van Avnos zou water kunnen produceren in gemeenschappen die water nodig hebben, zei Kain, eraan toevoegend dat het moeilijk is om industriële processen die grote hoeveelheden water verbruiken, zoals andere DAC-technieken, toegestaan te krijgen in Californië.
Artikel gaat verder na afbeelding.
De testlocatie is ontworpen om jaarlijks 30 ton CO2 uit de lucht te halen en 300 ton water te produceren. Fotograaf: Alisha Jucevic/Bloomberg.
McGrail zei dat hij een waterproducerend DAC-systeem bedacht nadat hij had geleerd hoeveel water traditionele systemen zouden kunnen verbruiken als ze op grote schaal zouden worden toegepast.
Nu de proefinstallatie is opgezet, is de uitdaging voor Avnos om de twee subsystemen in de machine te integreren als onderdeel van een delicate dans. Van het subsysteem voor wateropvang en het subsysteem voor CO2 is bekend dat ze elk op zich werken, zei Kain.
Maar ze hebben nog niet als één systeem gefunctioneerd in het veld totdat de startup deze zomer de machine opstartte op de locatie in Bakersfield.
Op een warme dag in augustus stapte Atefeh Alijah, senior procesingenieur van de startup, op de machine af, die ongeveer zo groot is als een grote vrachtwagen. Ze zette een paar schakelaars om, tikte op een paar knoppen op een digitaal scherm en zette de machine aan.
Meteen kwam het tot leven en klonk het als een gigantische airconditioning. Ventilatoren trokken de lucht door het roestkleurige filter aan de ene kant voordat ze door een tweede laag filters gingen.
Nadat het een paar minuten had gedraaid, schakelde Alijah het systeem uit en herprogrammeerde het om door de andere kant te draaien. Een metalen paneel bewoog van de ene naar de andere kant en onthulde een identiek systeem aan de andere kant. Het proces begon opnieuw.
Na een paar minuten komt er lucht uit de andere kant en worden de kostbare CO2 en water door pijpen naar hun eindbestemming gepompt. Op de demonstratielocatie in Bakersfield is dat een plastic vat voor het water, met genoeg water erin voor een paar kleine slokjes.
Het water dat uit de machine komt is theoretisch gedestilleerd, maar het ziet er niet echt aantrekkelijk uit in een industrieel vat. De testlocatie is ontworpen om 30 ton CO2 uit de lucht te halen en tot 300 ton water per jaar te produceren.
Avnos laat de CO2 weer vrijkomen in de omgevingslucht omdat er geen ingebouwde opslag is op de locatie. Maar op commerciële schaal wordt die CO2 opgeslagen in tanks en verscheept naar klanten om ondergronds op te slaan of om te zetten in duurzame vliegtuigbrandstof.
Avnos wil zijn units op dezelfde locatie plaatsen als partners voor het gebruik of de opslag, om de kosten van de aanleg van transportinfrastructuur te vermijden, aldus Kain.
Artikel gaat verder na afbeelding.
Avnos zegt dat ze voor elke ton afgevangen CO2 ongeveer 5 tot 10 ton water kunnen produceren. Fotograaf: Alisha Jucevic/Bloomberg.
Het uiteindelijke lot van de afgevangen CO2 – wie het mag kopen en wat ze ermee doen – is een belangrijk twistpunt in de CO2-vanggemeenschap.
Milieuactivisten beweren dat als fossiele brandstofbedrijven mogen investeren in CO2-afvang en verwijderingskredieten mogen kopen, ze hen gewoon een vrijbrief geven om door te gaan met vervuilen.
Maar de industrie zou een rol kunnen spelen: Kain heeft geld opgehaald bij ConocoPhillips en de risicodivisie van Shell, en volgens hem staat de DAC-industrie nog in de kinderschoenen en zou ze hulp van alle kanten moeten aanvaarden.
Hij deinst er niet voor terug om de diensten van Avnos aan diezelfde bedrijven te verkopen, zolang de CO2 niet wordt gebruikt om meer fossiele brandstoffen op te baggeren. Dit is een proces dat in de industrie bekend staat als enhanced oil recovery.
Olie- en gasbedrijven hebben ook de meeste ervaring met grootschalige geologische vastlegging, zei hij, wat zou kunnen helpen bij de zoektocht om CO2 op te slaan.
Het broeikasgas zou ook nuttig kunnen zijn voor andere doeleinden. Kain staat open om kopers in de luchtvaartindustrie het hof te maken en afgevangen CO2 aan hen te leveren als grondstof voor duurzame vliegtuigbrandstof (SAF) en andere processen.
Een manier om dit te doen is door waterstof, dat wordt gemaakt door water te splitsen in zuurstof en waterstof, te combineren met CO2 en het gecombineerde product om te zetten in brandstof.
En er zijn potentiële kopers in opkomst. JetBlue Ventures investeerde in Avnos omdat het opgevangen CO2 ziet als een belangrijke grondstof voor SAF, zoals het soort dat mede JetBlue Ventures portfoliobedrijf Air Company aan het ontwikkelen is.
“Lucht naar brandstof is een van de SAF-routes waar we echt enthousiast over zijn. En de grondstof voor lucht naar brandstof is de afgevangen koolstof, en dus houden we van dit deel van die keten,” zei Amy Burr, voorzitter van JetBlue Ventures.
Dat gebruik zou echter eerder CO2-neutraal dan negatief zijn. Hoewel CO2-neutrale brandstof voor industrieën die moeilijk CO2-vrij te maken zijn nuttig kan zijn in de strijd om tot netto nul emissies te komen, staat SAF ook nog in de kinderschoenen en heeft het te maken met zijn eigen groeipijnen.
Als het op sekwestratie aankomt, zal Avnos een beroep moeten doen op verschillende partners. Een van die potentiële partners is Southern California Gas Company, een andere vroege investeerder.
Avnos en het nutsbedrijf ontvingen samen met andere partners bijna 12 miljoen dollar van het Amerikaanse ministerie van Energie om een hub te ontwerpen om CO2 op te vangen en te transporteren in Kern County, Californië.
SoCalGas beheert 161.000 kilometer aan ondergrondse pijpleidingen en transporteert aardgas naar bedrijven en huizen in Centraal- en Zuid-Californië. Volgens Yuri Freedman, senior directeur bedrijfsontwikkeling, zal dat niet altijd het geval zijn, aangezien de staat overstapt van aardgas naar meer hernieuwbare energiebronnen.
“In een CO2-vrije toekomst zullen we verschillende moleculen vervoeren waaronder ook CO2”, zei hij.
Freedman houdt toezicht op de CO2-arme infrastructuurprojecten van het bedrijf en ziet de investering in Avnos als een investering in de toekomst van SoCalGas. Het bedrijf wil gebruik maken van zijn bestaande doorgangsrechten om nieuwe pijpleidingen te bouwen voor het transport van CO2.
“We willen moleculen gebruiken op manieren waarop we ze nog niet eerder hebben gebruikt,” zei hij. Er blijven nog veel vragen onbeantwoord als het gaat om het omzetten van CO2 in een grondstof, zoals hoe CO2 zal worden verkocht en verplaatst in grote volumes en over enorme afstanden.
Ondertussen werkt Avnos aan de bouw van de volgende, grotere locatie, die 300 ton CO2 en 3000 ton water per jaar kan opvangen en die naar verwachting binnen een jaar operationeel zal zijn.
Dat project wordt gesponsord door het Amerikaanse Ministerie van Defensie, dat volgens Kain geïnteresseerd is in de toepassing van de technologie voor de ontwikkeling van SAF.
De startup verwacht dat het 500 dollar zal kosten om een ton CO2 te verwijderen als de installatie van 300 ton online komt. Maar Kain verwacht dat het bedrijf tegen 2028 in staat zal zijn om 500.000 ton CO2 per jaar af te vangen.
Artikel gaat verder na afbeelding.
Avnos oprichter en CEO Will Kain Fotograaf: Alisha Jucevic/Bloomberg.
Hierbij zullen de kosten dalen tot 240 dollar per ton en uiteindelijk 100 dollar per ton zullen bedragen aan het begin van de jaren 2030, een zeer ambitieus doel voor die tijdspanne.
Die kosten worden door velen in de DAC-industrie gezien als een verre heilige graal, op welk punt het economisch haalbaar zou zijn om de miljarden tonnen koolstof af te vangen die nodig zijn om de planeet jaarlijks koel te houden.
Het bereiken van die schaalvoordelen is echter geen garantie. Maar Kain denkt dat het haalbaar is met een beetje hulp.
“Wij denken dat onze beste kans om de technologie in te zetten het opbouwen van partnerschappen is”, aldus Kain.
“Het ontwikkelen van dat soort partnerschappen en de mogelijkheid hebben om onze technologie in te zetten bij meerdere projecten en bij meerdere partners op elk gegeven moment, ik denk dat dat cruciaal is voor het inzetten van de snelheid waarmee we willen inzetten en om de volwassenheidscurve omhoog te krijgen.”
