CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak?

Transcriptie

1 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? Essay ter gelegenheid van de promotie van Sander van Egmond CCS Uitnodiging De openbare verdediging van het proefschrift vindt plaats op vrijdag 3 juni 2016 om 12:45 uur in het Academiegebouw van de Universiteit Utrecht. Vrienden, familie en collega s zijn van harte welkom om deze gelegenheid bij te wonen. Na afloop is er een receptie. Het proefschrift is te downloaden via Aansluitend is er vanaf 15:00 uur een Socratisch debat over de toekomst van CCS in Paushuize te Utrecht. Energieprofessionals zijn van harte uitgenodigd om hieraan deel te nemen. Vooraf aanmelden via is hiervoor noodzakelijk.

2 2 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? 4000 PJ Energieverbruik in Nederland Overig Kernenergie Hernieuwbare energie 1000 Aardgas Olie Kolen Totaal aanbod (TPES), bron CBS De meeste energie in Nederland komt uit aardgas. Het aandeel duurzame energie ligt nog onder de 5%, en zal dus heel sterk moeten groeien om klimaatverandering tegen te gaan. Na de oliecrises in de jaren 70 is het energieverbruik tijdelijk afgenomen door energiebesparing. De laatste decennia is het energieverbruik redelijk constant. De efficiency van apparaten, auto s, fabrieken etc. is de laatste jaren aanzienlijk verbeterd. Het autogebruik is echter toegenomen en we consumeren meer. Daarom is het totale energieverbruik niet afgenomen en is er dus geen netto energiebesparing opgetreden. Ofschoon energiebesparing de beste optie is om CO 2 emissie te reduceren, blijkt dit in de praktijk lastig te realiseren. Colofon Dit essay is geschreven door Sander van Egmond op persoonlijke titel. Het werd mede mogelijk gemaakt door CATO, het nationale onderzoeksprogramma naar CO 2 afvang en opslag. Reacties zijn zeer welkom op s.vanegmond@co2-cato.org.

3 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? 3 Introductie Ons klimaat is aan het veranderen door de uitstoot van CO 2 en andere broeikasgassen. CO 2 afvang en opslag (in het Engels afgekort tot CCS) is één van de mogelijkheden om klimaatverandering tegen te gaan. Bij CCS wordt voorkomen dat CO 2 in de atmosfeer terecht komt. De CO 2 wordt gescheiden ( afgevangen ) van de andere rookgassen die ontstaan bij verbranding en vervolgens opgeslagen in de diepe ondergrond. Het is dus een klimaat-technologie pur sang. Men zou verwachten dat mensen met de grootste klimaatambitie daarom ook de grootste voorstanders van CCS zijn. Maar dat is lang niet altijd het geval en dat maakt de perceptie van CCS een interessant studieonderwerp. In mijn proefschrift onderzoek ik de perceptie van CCS door verschillende groepen in Nederland en de onderliggende argumentaties. Dit essay is een samenvatting van de resultaten en mijn interpretatie daarvan. Ik beschrijf aan de hand van vijf archetypen de verschillende visies op CCS. CCS is niet één technologie, maar een container begrip voor honderden verschillende combinaties van technologieën die samen een specifieke CCS-keten vormen. Elke CCS-keten heeft zijn eigen voor- en nadelen. Na de beschrijving van de visies van de archetypen ten opzichte van CCS in het algemeen, relateer ik deze visies aan een aantal specifieke CCS-ketens. Voor sommigen zal CCS een veelkoppig monster zijn, dat de echte oplossing voor een duurzame samenleving in de weg staat. Anderen zien er juist een multi-tool in dat overal inzetbaar is. Vijf archetypen met verschillende CCS visies Overlever: Het klimaat verandert constant, indien nodig passen we ons gewoon aan. Waarom zouden we geld uitgeven aan CCS? Schatbewaarder: De huidige welvaart is te danken aan het gebruik van fossiele brandstoffen. Als CO 2 inderdaad klimaatverandering veroorzaakt, is dit technisch oplosbaar met CCS. Kapitein: CCS zorgt voor een verantwoorde en geleidelijke overgang naar een 100% duurzaam systeem. Groene Pragmaticus: Klimaatverandering is het grootste probleem van de 21 e eeuw. Om dit te stoppen is naast duurzame energie en energiebesparing, CCS voor een beperkte periode essentieel. Veranderaar: Klimaatverandering is slechts één van de symptomen van het falende energiesysteem. Daarom is een nieuw duurzaam systeem nodig, CCS vertraagt de ontwikkeling daarvan alleen maar.

4 4 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? De vijf archetypen met hun eigen CCS visie De Overlever Het klimaat veranderde al toen de mens nog niet rondliep op de aarde. Het zal dat ook blijven doen als de mens er niet meer is. Mocht blijken dat de huidige klimaatverandering toch een probleem gaat worden, dan passen we ons gewoon aan en verhogen we de dijken. Dat is veel goedkoper dan al die klimaatmaatregelen. Dit archetype is erg gericht op materialistische welvaart en beschermt zich tegen bedreigingen van buiten de eigen gemeenschap. Dit archetype is o.a. te vinden bij klimaatsceptici en een politieke partij als de PVV. De Overlever heeft geen klimaatambities en verwerpt daarom CCS. De Schatbewaarder Onze huidige welvaart is gebouwd op een betrouwbaar en goedkoop energiesysteem. De voorraden fossiele brandstoffen zijn nog steeds gigantisch en kunnen onze economie nog minstens een eeuw draaiend houden. Het zou kunnen dat het klimaat aan het veranderen is door toedoen van de mens. We hebben in het verleden ook andere grote milieuproblemen met nieuwe technologieën opgelost zoals zure regen en het gat in de ozonlaag. Met CCS kunnen we mogelijke klimaatverandering stoppen. Dit heeft echter alleen zin indien er harde internationale afspraken gemaakt worden, anders verschuiven we de emissie gewoon naar elders. Dit archetype richt zich op het veiligstellen van bezittingen, zoals olie- en gasvelden, raffinaderijen en elektriciteitscentrales. CCS is hierbij de verzekering. Het is nu echter voordeliger om nog niet over te gaan tot grootschalige implementatie van CCS. Dit archetype heeft lage klimaatambities. Het is te vinden bij de grote energie multinationals als Exxon, Shell, RWE, en bij een politieke partij als de VVD. De Kapitein Het is evident dat we naar een duurzaam energiesysteem moeten. Deze verandering kost echter veel tijd, net zoals het tijd kost om een mammoettanker bij te sturen. Duurzame energie is nu nog niet in staat om in onze gehele energiebehoefte te voorzien. CCS is een kosteneffectieve methode om klimaatverandering tegen te gaan in de transitieperiode totdat duurzame energie kan voorzien in de volledige energiebehoefte. Deze groep wordt gedreven door zowel materialistische als idealistische motieven en heeft een matige klimaatambitie. Dit type is te vinden bij veel CCS-onderzoekers en bij politieke partijen als D66, PvdA en de groene tak van CDA en VVD.

5 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? 5 De Groene Pragmaticus De grootste uitdaging van deze eeuw is klimaatverandering binnen veilige grenzen te houden. De urgentie voor zeer forse CO 2 reductie is daarom hoog. Helaas is duurzame energie nog niet volwassen genoeg om per direct te stoppen met fossiele brandstoffen. CCS is daarom een tijdelijk noodzakelijk kwaad. De transitie naar een duurzame samenleving mag niet vertraagd worden door de toepassing van CCS. Naast CCS moet nu al wel worden gestopt met de schadelijkste vormen van fossiele energie, zoals schaliegas, olie uit teerzand en Arctische gebieden en elektriciteit uit kolencentrales. Dit archetype wordt duidelijk gedreven door idealistische motieven en is te vinden bij veel energie- en klimaatonderzoekers, bij milieuorganisaties als WNF en bij de groene flanken van de PvdA en D66 en de meer pragmatische tak van GroenLinks. De Veranderaar Klimaatverandering staat niet op zichzelf. Het is één van uitwassen van ons huidige energiesysteem, net zoals olierampen, sociale ongelijkheid en geopolitieke spanningen. De menselijke maat is totaal zoek in het huidige systeem, en daarom is een systeemverandering noodzakelijk. CCS is een vinding van het oude systeem met als doel het tijdperk van fossiele brandstoffen te verlengen. Bovendien gaat de implementatie van CCS zo langzaam dat deze te laat komt om gevaarlijke klimaatverandering te stoppen. Dit archetype heeft net zoals de Groene Pragmaticus een hoge klimaatambitie en wordt gedreven door idealen. Het kan gevonden worden bij Greenpeace, Milieudefensie, en een deel van GroenLinks. Gelijkenissen en verschillen binnen de archetypen De Veranderaar en de Overlever staan dus beide negatief tegenover CCS, maar op heel andere gronden. Voor de Veranderaar is CCS een te kleine stap, de Overlever vindt elke stap overbodig. De Schatbewaarder ziet in CCS een mooie manier om zijn schatten te bewaren, maar doet bij voorkeur niets. De (lange termijn) klimaatdoelen van de Veranderaar en Groene Pragmaticus zijn gelijk. Ze verschillen echter in de strategie om daar te komen. De Groene Pragmaticus ziet CCS als noodzakelijk in de strijd tegen klimaatverandering, terwijl de Veranderaar CCS als een barrière ziet. De Groene Pragmaticus en de Kapitein zijn beide voor CCS, al staat CCS bij de Groene Pragmaticus niet bovenaan het wensenlijstje als optie om klimaatverandering tegen te gaan. Concluderend, is de trage implementatie van CCS goed te begrijpen vanuit het ingewikkelde krachtenveld van voor- en tegenstanders.

6 6 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? CO 2 emissies (Mt CO 2 /per jaar) Bronnen van CO 2 door energiegebruik Overig Gas Olie Kolen 0 Elektriciteit Industrie Transport Gebouwde cijfers 2011 (RIVM,2014) omgeving Bij de productie van elektriciteit zijn vele mogelijkheden voor CO 2 reductie, zoals het gebruik van windmolens, zonnepanelen, kernenergie en het overschakelen van kolen naar gas. Bij een groot deel van duurzame energie of kernenergie is de opslag van elektriciteit een grote uitdaging. Elektriciteit is echter maar één onderdeel van ons energiesysteem. De industrie gebruikt olie, gas en kolen om producten te maken. In een aantal gevallen is het vrijwel niet mogelijk om over te schakelen op andere energiedragers. Zo wordt in de staalindustrie steenkool gebruikt voor een chemische reactie. Dit deel van de industrie zal dus CO 2 blijven uitstoten. Dit geldt ook voor afvalverbrandingsovens. Bij elkaar zijn dit tientallen Mt CO 2 * die met CCS uit de atmosfeer gehouden kunnen worden. Vervoer zou kunnen overschakelen naar waterstof of elektriciteit. Hierbij moet voorkomen worden dat de extra benodigde elektriciteit en waterstof elders voor extra CO 2 uitstoot zorgt. In de gebouwde omgeving wordt vooral aardgas gebruikt om huizen en kantoren te verwarmen. Energiebesparing door bijvoorbeeld betere isolatie reduceert de CO 2 uitstoot. Pas als er wordt overgeschakeld naar elektrische verwarming, als aanvulling op zonneboilers, zal de CO 2 uitstoot daar nul kunnen worden. * Mt CO 2 = miljoen ton CO 2 = miljard kilogram CO 2

7 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? 7 Voorbeelden van CCS-ketens Zoals in de inleiding al genoemd is, zijn er honderden verschillende specifieke CCS-ketens. Hieronder licht ik er een aantal als voorbeeld uit. Kolencentrales De CCS-keten die het meest in de belangstelling staat begint bij de afvang van CO 2 bij kolencentrales. Soms lijkt het in de beeldvorming zelfs alsof CCS alleen maar ten dienste staat van kolencentrales en omgekeerd. Momenteel is het enige geplande grootschalige CCS project in Nederland, het ROAD project op de Maasvlakte, inderdaad gerelateerd aan kolen. Kolen zijn van de fossiele brandstoffen het milieuonvriendelijkst. Het stoppen met gebruik ervan is daarom een zeer belangrijk speerpunt van de Veranderaar en de Groene Pragmaticus. Dit gaat soms zo ver dat CCS in het algemeen verworpen wordt omdat CCS het gebruik van kolen kan rechtvaardigen. Tegelijkertijd zijn kolen de goedkoopste en meest voorradige fossiele brandstof. De schatbewaarder wil daarom het gebruik van kolen behouden. Ik constateer dat het krachtenspel tussen de verschillende archetypen ertoe heeft geleid dat CCS en kolencentrales onlosmakelijk aan elkaar gekoppeld zijn geraakt en ze elkaar in een wurggreep houden. De andere CCS-ketens dreigen hierdoor vergeten te worden terwijl daar veel winst voor het klimaat is te behalen. Zo is de CO 2 uitstoot van alle gascentrales ongeveer gelijk aan de CO 2 uitstoot van alle kolencentrales. Voor verregaande CO 2 reductie moet er dus ook gekeken worden naar de gascentrales. Bovendien is de elektriciteitssector als geheel slechts verantwoordelijk voor minder dan een derde van de totale CO 2 uitstoot in Nederland. Er moet dus ook in andere sectoren CO 2 uitstoot gereduceerd worden. CCS in de industrie Naast energiebesparing en het gebruik van biomassa is CCS voor de industrie één van de weinige mogelijkheden om CO 2 emissie te reduceren. Zo is in de staalindustrie koolstof, meestal in de vorm van kolen, nodig voor een chemische reactie. Elektriciteit is hier geen alternatief, en dus is er ook geen competitie tussen CCS en wind en zonne-energie. Deze toepassingen van CCS zijn daarom het minst controversieel. Dit geldt ook voor raffinaderijen, die zelfs pure CO 2 uitstoten, zodat de kostbare CO 2 afvang stap niet nodig is. Andere voorbeelden zijn de cementindustrie, afvalverbrandingsinstallaties en kunstmestproductie. De industrie is verantwoordelijk voor bijna een derde van de totale Nederlandse CO 2 uitstoot. Daarom liggen hier waarschijnlijk de grootste kansen voor CCS.

8 8 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? Gebruik van CO 2 Het (her)gebruik van CO 2 is momenteel een trending topic. CO 2 wordt al gebruikt in kassen om planten sneller te laten groeien, in de frisdrankindustrie en in sommige industriële processen. Deze CO 2 is thans afkomstig van industriële processen waar CO 2 in zuivere vorm vrijkomt, zodat de kostbare stap van scheiden niet nodig is. Deze toepassingen zijn weinig controversieel. Helaas is het potentieel beperkt en onvoldoende om klimaatverandering te stoppen. Het uitbreiden van de mogelijkheden leidt tot milieuwinst en kan infrastructuur opleveren die later voor ondergrondse opslag gebruikt kan worden. De wenselijkheid hiervan zal per archetype wat verschillen mede afhankelijk van de bron van de CO 2. De CO 2 die nu puur geloosd wordt, zal minder controversieel zijn dan CO 2 uit een kolencentrale. Kosten voor CO 2 maatregelen Geothermie Windenergie op land Zonne energie Biomassa CCS industrie (zuivere CO2) Coproductie warmte & elektriciteit CCS industrie (verbranding) Kernenergie Windenergie op zee CCS gas centrales Biotransportbrandstoffen Gas- ipv kolencentrales Data ECN, Indicatieve kosten CO 2 maatregelen 2030 ( /ton CO 2 ) De meeste maatregelen om CO 2 te reduceren kosten geld. Er zijn vele studies gedaan om de kosten hiervan te schatten. In de figuur staat een selectie van de maatregelen en bijbehorende kosten die onlangs door ECN zijn uitgerekend. De kosten zijn sterk afhankelijk van de aannames over hoe technologie, brandstofprijzen en rente zich ontwikkelen. In deze studie wordt CCS relatief kosteneffectief genoemd. Afhankelijk van de toepassing zit CCS, qua kosten, in de middenmoot. Belangrijk om te realiseren is dat het recht om CO 2 te mogen uit stoten momenteel 5 per ton kost. Daarmee is het duidelijk dat veel maatregelen niet genomen worden, omdat vervuilers ervoor kiezen om CO 2 rechten te kopen. Extra beleid, onder meer een hogere prijs voor CO 2 emissierechten, zal nodig zijn om de CO 2 uitstoot drastisch te verminderen.

9 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? 9 ghgfhgh Wereldwijde CO 2 uitstoot en voorraden fossiele brandstoffen In de klimaatconferentie van Parijs in december 2015 is door de regeringsleiders afgesproken dat de temperatuur niet meer dan 2 C mag stijgen. Dat betekent dat er wereldwijd nog maximaal Mt CO 2 uitgestoten mag worden, het zogenaamde CO 2 budget. Met de huidige wereldwijde CO 2 emissie is dat in een paar decennia op. Indien CCS en biomassa op grote schaal toegepast wordt kan deze periode verlengd worden. De fossiele brandstoffen zijn dan echter nog lang niet op. Dit geldt met name voor kolen. Een bijkomend probleem vanuit klimaatperspectief is dat steenkool veruit de goedkoopste fossiele brandstof is, en ook voor de meeste CO 2 uitstoot zorgt. Vanuit deze optiek is er dus geen tekort aan fossiele brandstoffen, maar een overschot!

10 10 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? Toekomst van het energiesysteem Wereldwijde CO 2 uitstoot (1000 Mt CO 2 per jaar) 60 Scenario om 2 C doel te realiseren Kernenergie Overschakelen van brandstof Energiebesparing 10 Duurzame energie CCS Overblijvende CO2 uitstoot Bron IEA, PBL Wereldwijd stijgt de CO 2 emissie fors. Dit komt door de bevolkingsgroei en toenemende welvaart. Zonder ingrijpen zou de CO 2 uitstoot de komende 50 jaar wel eens kunnen verdubbelen, terwijl deze juist met zeker 80% gereduceerd dient te worden om klimaatverandering tegen te gaan. In bijna alle energiescenario s worden daarom alle technieken om CO 2 te reduceren ingezet om dit te realiseren, zoals weergegeven in bovenstaande figuur. Steeds vaker wordt daarbij ook een combinatie van CCS en biomassa verondersteld om negatieve emissie te realiseren.

11 CO 2 afvang en opslag: multi-tool of meerkoppige draak? 11 Negatieve emissies met Biomassa & CCS Volgens sommigen kan klimaatverandering alleen gestopt worden door ook negatieve CO 2 emissies te realiseren. De CO 2 die uit de atmosfeer gehaald wordt, is dan een compensatie voor landen en/of sectoren die niet snel genoeg terug kunnen naar (bijna) nul CO 2 emissie. Dit kan met de combinatie van biomassa en CCS. Het gebruik van duurzame biomassa levert netto geen CO 2 emissie op; een boom neemt gedurende zijn leven CO 2 op, die vervolgens weer vrij komt bij verbranding. Als de CO 2 wordt afgevangen en opgeslagen, ontstaat er dus negatieve CO 2 uitstoot. Over deze toepassing wordt wisselend gedacht. Dit concept vindt veel steun bij de Groene Pragmaticus. Een kwestie is echter dat het gebruik van biomassa zelf ook controversieel is, en dat biomassa duurder is dan fossiele brandstoffen. Daardoor rijst de vraag of de combinatie van de twee niet leidt tot meer problemen in plaats van minder. Saillant detail is dat biomassa momenteel vooral bijgestookt wordt in kolencentrales, omdat de gascentrales daar niet geschikt voor zijn. Met het sluiten van kolencentrales vervalt daarom (vooralsnog) de optie biomassa te gebruiken voor elektriciteitsproductie. Extra olie- en gaswinning door CCS In de VS wordt CO 2 al decennia gebruikt om meer olie te produceren. Men injecteert daar op commerciële basis CO 2 in de ondergrond om de olie vloeibaarder te maken en uit het olieveld te persen. De redenen hiervoor zijn financieel. Volgens de Kapitein is dit een acceptabele vorm van CCS. Een CO 2 molecuul onder de grond is immers een CO 2 molecuul minder in de atmosfeer en anders was de olie er met een meer milieuvervuilende technologie uitgehaald. Ook voor de Noordzee zijn plannen voor deze CCSketen. Die moeten dan de economische haalbaarheid van CCS projecten vergroten en leiden tot een infrastructuur die later voor CCS met opslag in lege aardgasvelden gebruikt kan worden. Voor de Schatbewaarder is deze keten perfect: het levert geld op en het is ook nog eens milieuvriendelijk. Extra productie van fossiele brandstoffen in plaats van minder is voor de Groene Pragmaticus en de Veranderaar echter een nachtmerrie. Het zou de discussie over wel of geen CCS ten goede komen als zowel de politiek, de industrie, de wetenschap, de milieubeweging en de beleidsmakers verschillende specifieke CCS-ketens als uitgangspunt nemen in plaats CCS te koppelen aan kolencentrales, zoals nu gemeengoed is. De verschillende percepties van de archetypen blijken dan in sommige gevallen overbrugbaar.

12 Resumé In het energieakkoord dat veertig organisaties sloten in september 2013 is geconstateerd dat CO 2 afvang en opslag (CCS) onvermijdelijk is om klimaatverandering te stoppen. Dit wordt bevestigd door de meeste energiescenario s, waarin CCS bovendien een kosteneffectieve methode wordt genoemd om klimaatverandering tegen te gaan. Maar in de praktijk gebeurt er heel weinig. In dit essay heb ik vijf verschillende archetypes beschreven die elk hun eigen visie en onderliggende argumentatie hebben ten aanzien van CCS. Ik heb ook laten zien dat CCS veel meer is dan CO 2 afvang bij kolencentrales. Door deze verschillende argumentaties te begrijpen kan een keuze gemaakt worden voor de CCS-ketens met een groot draagvlak, en kan besloten worden andere CCS-ketens juist niet te ontwikkelen en implementeren. Met name CCS bij de staal- en cement industrie, raffinaderijen en afvalverbrandingsinstallaties zou een groot draagvlak kunnen krijgen. Dit geldt wellicht ook voor de combinatie van CCS met biomassa om negatieve CO 2 emissie te realiseren. CO 2 gebruiken om extra olie te winnen, is vanuit financieel oogpunt interessant, maar dit zal veel controverse oproepen. Het is kortom tijd om een keuze te maken welke CCS-ketens hoe geïmplementeerd dienen te worden. Dit hoort thuis in de Energiedialoog die momenteel gevoerd wordt.