Schoner vliegen op synthetische kerosine

NWO-onderzoeksinstituut DIFFER werkt aan het recyclen van kooldioxide om op een duurzame manier vliegtuigbrandstof te maken.

Tekst: Bennie Mols, beeld: Corina van Riel

Vliegen is inmiddels voor bijna iedere westerse burger normaal geworden, maar is ook zeer vervuilend, onder andere door de uitstoot van kooldioxide. Helaas zijn er momenteel geen schone alternatieven om over lange afstanden te vliegen. Batterijen zouden vliegtuigen zo zwaar maken dat ze niet eens meer de lucht in komen. Zelfs vloeibaar waterstof haalt niet de energiedichtheid van kerosine. En voor het maken van biobrandstof is veel landbouwgrond nodig, wat weer ten koste gaat van voedselproductie en natuur. Een mogelijke oplossing voor de toekomst is het duurzaam produceren van synthetische kerosine. Het onderzoeksproject KEROGREEN wil kerosine maken door kooldioxide uit de lucht te recyclen, zodat de luchtvaart netto geen extra kooldioxide meer in de atmosfeer brengt. En voor het productieproces gebruikt KEROGREEN alleen elektriciteit die via zonne- of windenergie is opgewekt.

KEROGREEN zet kooldioxide uit de lucht (onder meer uit de fossiele brandstoffen in vliegtuigen) met duurzame energie om in een nieuwe, synthetische vliegtuigbrandstof, die minder vervuilend is (credits: Corina van Riel).

Natuurkundige Adelbert Goede van het NWO-instituut voor fundamenteel energieonderzoek DIFFER is de leider van het KEROGREEN-consortium. Het project ging in april van start, met een subsidie van vijf miljoen euro voor een vierjarig onderzoek in het Europese Horizon 2020-programma. In KEROGREEN werkt DIFFER samen met vijf andere instituten en bedrijven uit Nederland, België, Duitsland en Noorwegen (partners in KEROGREEN). De totale menskracht bestaat uit zo’n 25 fte.

Een ons per uur

Goede vertelt dat het idee om synthetische kerosine te maken niet nieuw is: ‘Dat het scheikundig gezien mogelijk is, is al bekend sinds de jaren twintig van de vorige eeuw. Daar heb je echter wel eerst waterstof en koolmonoxide voor nodig, en energie. Zowel de energie als de grondstoffen komen tot nu toe uit fossiele brandstoffen en om synthetische kerosine te produceren heb je een grote raffinaderij nodig.’

KEROGREEN moet dit productieproces verbeteren en vooral ook miniaturiseren, zodat decentraal (met windmolens of zonnepanelen) duurzame brandstof kan worden gemaakt. In het lab werkt de technologie, maar dat is niet genoeg. Goede: ‘Ons doel is om in 2022 een prototype reactor te hebben ter grootte van een zeecontainer, die 100 gram synthetische kerosine per uur produceert. Eerst wordt kooldioxide uit de lucht gehaald. Daarna splitst een plasmareactor de kooldioxide in koolmonoxide en zuurstof. Een grote uitdaging is om die splitsing efficiënter te maken. De plasmareactor zelf wordt aangedreven met elektriciteit opgewekt uit zonne- of windenergie. Na de splitsing moet koolmonoxide van zuurstof worden gescheiden. Dat is een tweede grote uitdaging, want zuurstof reageert heel snel. Gebruikmakend van de pure koolmonoxidestroom en water zorgen vervolgens een aantal andere chemische reacties voor de synthese van kerosine.’

Minder luchtvervuiling

Een bijkomend voordeel van synthetische kerosine is dat deze niet alleen duurzaam kan worden opgewekt, maar ook een stuk schoner is dan de kerosine die vliegtuigen nu gebruiken. Er zit geen zwavel in, en ook geen aromaten, waardoor bij verbranding veel minder roet vrijkomt. Wel worden er stikstofoxiden gevormd, ook een bron van luchtvervuiling, maar minder dan bij gewone kerosine. Het afvangen van de kooldioxide uit de lucht is een verhaal apart. ‘Dat proces bevindt zich in een precommercieel stadium’, vertelt Goede. ‘Bij grootschalige productie van synthetische kerosine heb je ook een grootschalige infrastructuur voor het afvangen van kooldioxide nodig.’ Hoe dit proces efficiënter kan worden gemaakt, wordt niet in KEROGREEN onderzocht, maar wel in een ander DIFFER-programma.

Efficiëntierecords breken

Vier jaar om de technologie uit de laboratoriumfase te halen en een eerste prototype reactor te ontwerpen is kort, beseft Goede. ‘Om de overleglijnen zo kort mogelijk te houden, werken we met een team van zes internationale partners die relatief dicht bij elkaar in de buurt zitten. Elke partner heeft een duidelijke taak en we hebben voor elk jaar concrete doelen gesteld. In de eerste twee jaren werken we aan de subsystemen, waaronder de plasmareactor die nu bij DIFFER staat. In het derde jaar integreren we de subsystemen en dan verhuist ook onze plasmareactor naar Karlsruhe. Na drieënhalf jaar wordt beoordeeld of het prototype van de reactor inderdaad klaar is voor kleinschalige productie van synthetische kerosine en wordt een uitgebreid testprogramma uitgevoerd. Mocht dat lukken, dan zijn daarna ongetwijfeld commerciële partijen geïnteresseerd.’

Geen grote raffinaderij meer, maar een reactor zo groot als een zeecontainer

Voorlopig kunnen we nog niet met een schoon geweten op duurzame brandstof voor een wintervakantie naar de zon vliegen. Wel doet DIFFER fundamenteel onderzoek waarmee we processen beter leren begrijpen en veelbelovende technieken voor het eerst integreren. En het ziet ernaar uit dat DIFFER met de plasmatechniek waarmee CO2 wordt opgebroken in bouwstenen voor nieuwe brandstof efficiëntierecords kan breken. Een hogere efficiëntie betekent een lagere prijs; dat is in elk geval een kleine stap richting schoon en duurzaam vliegen.

De zes partners in KEROGREEN

  • DIFFER, het NWO-instituut voor fundamenteel energieonderzoek, ontwikkelt een prototype plasmareactor om kooldioxide te splitsen
  • VITO (de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek) ontwikkelt de membraanmodules van de zuurstofseparator
  • Het Noorse start-upbedrijf CerPo Tech maakt de poeders voor de membranen in de zuurstofseparator
  • Het bedrijf HyGear uit Arnhem zal de zuurstofseparator en de koolmonoxidezuiveraar gaan ontwerpen en bouwen
  • KIT (Karlsruher Institut für Technologie) ontwikkelt de laatste stap in de productie van synthetische kerosine
  • INERATEC, een Duitse start-up, verzorgd de integratie van deelsystemen

Download