Koolstofdioxide-equivalent

Koolstofdioxide-equivalent is een aanduiding waarmee men doormiddel van een equivalente concentratie CO2 inzichtelijk maakt in welke mate een bepaalde hoeveelheid broeikasgas een bijdrage levert aan de opwarming van de aarde. Koolstofdioxide-equivalent is een rekeneenheid waarmee men de bijdrage van broeikasgassen aan de opwarming van de aarde onderling kan vergelijken.

Aanduidingen voor koolstofdioxide-equivalent
Koolstofdioxide-equivalent wordt in het Engels Carbon Dioxide Equivalent (CDE) genoemd. In Nederland wordt koolstofdioxide-equivalent ook wel aangeduid met CO2-eq, CO2eq of CO2e. Koolstofdioxide wordt ook wel kooldioxide of koolzuurgas genoemd en heeft als brutoformule CO2. Om die reden wordt CO2 in de afkortingen van koolstofdioxide-equivalent genoemd. Het woord ‘equivalent’ kan men in dit verband vertalen met ‘gelijkwaardig aan’ of ‘gelijk aan’. Met het koolstofdioxide-equivalent wordt dus beoordeeld in welke mate een bepaald broeikasgas een vergelijkbaar negatief effect heeft op de opwarming van de aarde als koolstofdioxide dat heeft.

CO2- equivalent of GWP

Over het algemeen wordt de emissie van broeikasgassen uitgedrukt in CO2-equivalenten. Door de aanduiding in CO2-eq kan men de schadelijke effecten van bepaalde stoffen voor de opwarming van de aarde goed met elkaar vergelijken. Het rekenprincipe dat gehanteerd wordt om tot het Koolstofdioxide-equivalent is gebaseerd op het ‘Global Warming Potential’ (GWP). Het GWP is een aanduiding waarmee men inzichtelijk maakt in welke mate een gas bijdraagt aan het broeikaseffect. De werkwijze die men hanteert bij het Global Warming Potential is ontwikkeld door het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Wat is CO2-afvang en CO2-opslag?

CO2-afvang en CO2-opslag is het afvangen, opvangen en opslaan van CO2 bij processen waarbij brandstoffen worden verbrand. Bij het verbranden van brandstoffen komt namelijk CO2 oftewel kooldioxidegas vrij. Dit koolstofdioxidegas of koolzuurgas draagt bij aan de opwarming van de waarde omdat het in de atmosfeer ophoopt waardoor het zonlicht er wel doorheen kan schijnen maar de warmte die weerkaatst wordt door de aarde niet wordt doorgelaten. Het opwarmen van de aarde zorgt voor allemaal klimaatproblemen waardoor men heeft gezocht naar oplossingen om het vrijkomen van CO2 in de atmosfeer te beperken. In eerste instantie probeert men de verbranding van fossiele brandstoffen te beperken maar als dat niet mogelijk is zal men de uitgestoten CO2 moeten afvangen uit de rook en zal men de CO2 moeten opslaan. Dit is dus CO2-afvang en CO2 opslag. Dit wordt internationaal afgekort met CCS dit staat voor carbon capture and storage.

CCS en verbranding van fossiele brandstoffen
CCS een verzameling van technieken waarmee men kan voorkomen dat CO2 in de atmosfeer terecht komt. Door CCS kan men het gebruik van fossiele brandstoffen bijna klimaatneutraal laten plaatsvinden. Uit de verbrandingsgassen wordt het broeikasgas CO2 afgevangen en opgeslagen in ondergrondse reservoirs. Door het opvangen van CO2 kan men schoner fossiele brandstoffen verbranden. Er komen tijdens de verbranding echter wel afvalgassen vrij die men niet doormiddel van CCS opvangt. Daar zitten ook gassen tussen die niet goed zijn voor de atmosfeer.

Waar past men CCS toe?
Als men het heeft over het CO2 afvang en CO2 opslag dan weet men nog niet precies welke techniek of welk systeem men hanteert voor het beperken van de CO2 emissie in de atmosfeer. CCS kan worden beschouwd als een verzamelnaam voor verschillende technieken voor het afvangen, het transporteren en het opslaan van CO2. Men past CCS in verschillende soorten industrie toe. Met name in de industrie wordt veel CO2 uitgestoten, daarom kan in industriële bedrijven CCS echt milieubesparend werken. Men past CCS onder andere in de staalproductie toe of in de productie van andere metalen en metaallegeringen. Ook bij de productie van kunstmest of cement past men CCS toe.

Momenteel wordt CCS nog niet op grote schaal toegepast in Nederland. in plaats daarvan worden onderdelen van CCS  op kleine schaal gebruikt. Complete CCS ketens worden nog niet toegepast. In het Rotterdam Opslag en Afvang Demonstratieproject werkt men er mee. Zo zijn er nog een aantal projecten waarbij men technieken in het kader van CO2 opvangen en opslaan toepast. Verschillende bedrijven en de overheid buigen zich over CCS en onderzoeken en evalueren of dit een probate oplossing is om de Nederlandse industrie (tijdelijk) te verduurzamen.

CCS is echter niet een structurele duurzame oplossing voor het beperken van CO2. In plaats daarvan wordt dit systeem gezien als een tussenoplossing. Men blijft immers schadelijke fossiele brandstoffen verbranden. In plaats dat men deze brandstoffen vervangt beperkt men met CCS de schadelijke effecten/ gevolgen van de verbranding van deze brandstoffen. Door de toepassing van CCS hoopt men tijd te winnen zodat men langer de mogelijkheden kan ontplooien voor echte duurzame energiebesparende en milieubesparende methoden om energie te winnen.

Wat is affakkelen van gassen in de aardgaswinning en aardolieproductie?

Affakkelen is een term die wel voorkomt in de petrochemische sector. Met affakkelen wordt het verbranden van gassen genoemd die bij het winnen van aardgas, de productie van olie en olieraffinage vrijkomen. Het gaat hierbij om de gassen propaan, ethaan en methaan die tijdens de processen aanwezig zijn. deze gassen worden ook wel “dry gasses” genoemd. Ze kunnen worden hergebruikt als raffinage-brandstof in dat geval spreekt men ook wel van de Engelse term refinery fuel. Bij een teveel aan ethaan, propaan en methaan worden deze gassen in sommige landen nog terplekke verbrand op het boorplatform of bij een raffinaderij. Door het verbranden van deze gassen ontstaan grote vlammen die ook wel flares worden genoemd. Deze flares zijn soms te zien op raffinaderijen.

Affakkelen is verboden in Europa
Het affakkelen van gassen is in Europa verbonden. De reden van dit verbod zit in de luchtverontreiniging die door affakkelen wordt veroorzaakt. Door het verbranden van gassen komt onder andere kooldioxide (CO2) vrij in de lucht. Deze emissie draagt bij aan het broeikaseffect in de atmosfeer. Daarom mogen deze gassen tijdens het winnen en bewerken van olie en gas niet worden verbrand. In sommige gevallen worden gassen echter toch afgefakkeld omdat het zeer onpraktisch of zelfs gevaarlijk is om de vrijgekomen gassen met een andere methode te verwijderen.

Affakkelen van aardgas
In sommige landen en gebieden die ver van de bewoonde wereld liggen wordt aardgas afgefakkeld tijdens het proces van olie winnen. Aardgas wordt dan gezien als een bijproduct van het winnen van olie uit de aardlagen.  Het transporteren van aardgas is niet altijd mogelijk of niet altijd effectief omdat aardgas het beste kan worden getransporteerd in vloeibare toestand. Hiervoor moet aardgas in cryogene toestand worden gebracht. Aardgas dat in cryogene toestand is gebracht wordt ook wel in het Engels liquid natural gas genoemd en afgekort met lng.

Het volume van vloeibaar aardgas is in cryogene toestand 600 maal geringer dan aardgas in atmosferische druk en onder atmosferische temperatuur. Voordat aardgas echter in cryogene toestand is gebracht moet het sterk worden afgekoeld. Daarvoor moeten speciale voorzieningen worden aangebracht en speciaal transport worden geregeld. Dit is echter niet altijd mogelijk daarom kiest men er in sommige landen helaas nog te vaak voor om aardgas af te fakkelen.

Affakkelen of gassen laten ontsnappen in de atmosfeer
Aardgas bestaat voor een groot deel uit methaan. Als men methaan niet affakkelt en gewoon in de atmosfeer laat ontsnappen is methaan echter schadelijker voor de atmosfeer dan wanneer men het wel affakkelt. Methaan heeft namelijk een bijdrage aan het broeikaseffect die ongeveer 25 keer zo hoog is als kooldioxide (CO2).

Wat zijn uitlaatgassen en hoe ontstaan deze?

Uitlaatgassen zijn gassen die tijdens verbrandingsprocessen in verbrandingsmotoren ontstaan en via een uitlaat worden uitgestoten. Door het verbranden van de brandstof in de motor komen de uitlaatgassen vrij. Deze gassen kunnen niet meer worden gebruikt in de motor en worden daarom via de uitlaat van het voertuig verwijdert.

Uitlaatgassen behoren tot de emissie van een voertuig dat gebruik maakt van een verbrandingsmotor. In uitlaatgassen zitten verschillende stoffen zoals stikstofoxiden (NOx) , koolstofdioxide (CO2),  koolmonoxide (CO) en zwaveldioxide (SO2). Deze stoffen dragen bij aan de verzuring en daarnaast zorgen ze ook voor het broeikaseffect. Dit is vooral het geval bij koolstofdioxide (CO2) dat ook wel broeikasgas wordt genoemd. Verder bevinden zich in uitlaatgassen ook ander schadelijke stoffen zoals kleine roetdeeltjes en fijnstofdeeltjes.

Gevaar van uitlaatgassen
Uitlaatgassen behoren tot de grootste veroorzakers van luchtvervuiling daarom worden internationaal afspraken gemaakt over het reduceren van uitlaatgassen in de atmosfeer. Het probleem van de uitlaatgassen en het daaraan verbonden broeikaseffect is regelmatig het belangrijkste onderwerp op wereldwijde bijeenkomsten over milieu en duurzaamheid.

Verschillende steden in de wereld hebben te maken met smog die ontstaat door de uitlaatgassen van motorvoertuigen die in de steden rondrijden. Deze uitlaatgassen zorgen er voor dat mensen het benauwd krijgen en moeilijk kunnen ademhalen. Daarnaast zorgt de fijnstof en roet voor dichte ‘mist’ in gebieden waar de emissie van uitlaten onvoldoende weg kan komen.

Filteren van uitlaatgassen
Er worden verschillende maatregelen genomen om de schadelijke stoffen in uitlaatgassen te beperken. Sinds 1 januari 1993 dienen alle auto’s die rijden op benzine een katalysator te bevatten die koolwaterstoffen, koolmonoxide en stikstofoxiden omzetten in waterdamp, koolstofdioxide en stikstof. Omdat de werking van de katalysator via drie reacties gebeurd wordt ook wel gesproken over een driewegkatalysator. Ondanks deze verplichte technische voorziening in auto’s komt er nog steeds veel schadelijke emissie ten gevolge van uitlaatgassen in de atmosfeer.

Wat is een katalysator of driewegkatalysator?

De katalysator bevindt zich onder  de auto. Hier is de katalysator als element vlak na de motor ingebouwd in het uitlaatsysteem. Een katalysator is een systeem dat bestaat uit kostbare materialen en is in het uitlaatsysteem ingebouwd om giftige en schadelijke gassen uit de uitlaatgassen te verwijderen.

In feite zet de katalysator de schadelijke stoffen in de uitlaatgassen om in onschadelijke stoffen. Dit gebeurd doormiddel van een chemisch proces. Een katalysator kan alleen worden toegepast indien gebruik wordt gemaakt van loodvrije benzine als brandstof.

Katalysator verplicht
Autofabrikant Volvo bouwde als eerste deze katalysator in haar voertuigen in vanaf 1978. In de periode tussen 1980 en 2000 werden steeds meer auto’s uitgerust met een katalysator en werd de platina-rhodium katalysator steeds meer verplicht gesteld in Europa. Auto’s die rijden op benzine met een cilinderinhoud van twee liter of meer moeten sinds oktober 1989 verplicht worden uitgerust met een katalysator. Alle overige auto’s die een benzinemotor hebben moeten sinds 1 januari 1993 eveneens met een katalysator zijn uitgerust.

Waaruit bestaat een katalysator?
De katalysator bestaat uit een monolithische drager van cordieriet, dit is een magnesium-aluminium-silicaat. De monolithische drager is van hoogsmeltend keramisch materiaal vervaardigd en bevat een honingraatachtige celstructuur. De verschillende wanden van de cellen zijn bedekt met aluminiumoxide. De metalen die waarmee de katalysator is geïmpregneerd zijn onder andere palladium, rhodium en platina. De katalysator is geplaatst in een thermische isolatie. Daar omheen zit een roestvaststalen omhulsel.

Welke stoffen zet de katalysator om?
De uitstoot van een auto wordt ook wel emissie genoemd. De katalysator zet een aantal schadelijke stoffen in deze emissie om. De stoffen die omgezet worden zijn de volgende:

  • HC = koolwaterstoffen
  • CO = koolmonoxide
  • NOx = stikstofoxiden

Deze schadelijke stoffen worden door de katalysator omgezet in minder schadelijke stoffen. De stoffen die tijdens het proces in de katalysator ontstaan zijn:

  • H2O = dit is waterdamp en niet schadelijk voor de gezondheid.
  • CO2 = koolstofdioxide. Deze stof is niet direct schadelijk maar zorgt wel voor het broeikaseffect.
  • N2 = stikstof is niet schadelijk voor de gezondheid. Ongeveer 78 procent van de lucht die wij inademen bestaat uit dit gas.

Driewegkatalysator
De naam driewegkatalysator is afgeleid van de drie reacties die tijdens het katalytisch reinigen van uitlaatgassen door de katalysator worden uitgevoerd. Deze drie reacties zijn als volgt:

1. De eerste reactie is: 2 CO(g) + 2 NO(g) → N2(g) + 2 CO2(g)
2. De tweede reactie is: CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g)
3. De derde reactie is: 4 CxHy(g) + (4x+y) O2(g) → 2y H2O(g) + 4x CO2(g)

De bovenstaande reacties zijn de drie hoofdreacties van een katalysator. Naast deze hoofdreacties treden er in de katalysator nog een aantal nevenreacties op.  In het kort reduceert het rhodium NO en oxideert het platina CO en de koolwaterstoffen. De rhodium en platina kunnen worden vervangen  door palladium. De werking van de driewegkatalysator blijft hetzelfde.

Waarom wordt koolstofdioxide CO2 als natuurlijk koudemiddel toegepast?

Koolstofdioxide wordt ook wel aangeduid met CO2 en is net als ammoniak een natuurlijk koudemiddel. In tegenstelling tot ammoniak is CO2 niet giftig. Daarnaast is het niet brandbaar en ook niet explosief. Dit zijn eigenschappen die er voor zorgen dat CO2 veiliger gebruikt kan worden dan ammoniak. In koelers van productieruimtes en in opslagruimtes kan men gebruik maken van CO2. Mochten er bepaalde ongelukken gebeuren in het bedrijf zoals brand dan zorgt de aanwezigheid van CO2 niet voor een verhoogd risico voor de werknemers, het bedrijfspand en de directe omgeving. Naast de toepassing van CO2 als koudemiddel kan CO2 ook worden gebruikt als koudedrager. Bij deze toepassing wordt het CO2 deel gekoeld door gebruik te maken van een cascade installatie. In deze installaties wordt CO2 rondgepompt en samengeperst door compressoren.

Eigenschappen van CO2 in koelinstallaties
CO2 wordt als natuurlijk koudemiddel populairder. Dit heeft te maken met de veiligheid van dit koudemiddel en daarnaast ook met de milieuvriendelijkheid. In tegenstelling tot chemische koudemiddelen is CO2 niet schadelijk voor het milieu. De Europese eisen omtrent (F-gassen) worden steeds strenger. Freon-12  is een chloorfluorkoolstofverbinding  (cfk’s) die in het verleden wel werd gebruikt in koelinstallaties omdat ammoniak te gevaarlijk zou zijn. Freon-12 is echter zeer schadelijk voor de ozonlaag daarom mag Freon niet meer worden gebruikt in koelinstallaties. De wet en regelgeving omtrent koeltechniek stelt eisen aan de milieuvriendelijkheid van koelinstallaties. Deze strengere regelgeving zorgt er voor dat veel bedrijven naar andere koelmiddelen zoeken dan de chemische koelmiddelen die nog (te) veel worden gebruikt. Toch is CO2 niet in alle gevallen een uitstekende oplossing. Zo is de toepassing van CO2 als koudedrager in een vriesinstallatie ongeveer 10 tot 15 procent duurder dan wanneer ammoniak wordt toegepast. Daarnaast kunnen andere koelmiddelen betere (koel)eigenschappen hebben die ze geschikt maken voor een bepaalde toepassing. De overheid subsidieert momenteel het gebruik van CO2 als koelmiddel om de kosten van dit koelmiddel voor bedrijven aantrekkelijker te maken. Hierdoor hoopt de overheid te stimuleren dat CO2 als koelmiddel wordt gebruikt in plaats van milieuonvriendelijke koelmiddelen.

Wat is CO2 en waarom moet de CO2 uitstoot zoveel mogelijk worden beperkt?

CO2 is een kleurloos en reukloos gas. Het wordt ook wel kooldioxide of koolstofdioxide genoemd en komt voor in de atmosfeer van de aarde. CO2 is de bruto formule van een anorganische verbinding tussen zuurstof een koolstof. De hoeveelheid CO2 neemt op aarde jaarlijks toe. Dit draagt bij aan de opwarming van de aarde. Deze opwarming van de aarde moet zoveel mogelijk worden beperkt. Daarom wordt er wereldwijd veel aandacht besteed aan het beperken van de CO2 uitstoot. In internationale verdragen proberen landen onderling afspraken vast te leggen waarin een maximum is vastgesteld aan de CO2 die een land jaarlijks in de atmosfeer mag uitstoten.

Hoe ontstaat CO2 uitstoot?
Het overgrote deel van de CO2 uitstoot in de atmosfeer wordt veroorzaakt door de verbranding van verschillende fossiele brandstoffen. Fossiele brandstoffen worden gebruikt om als brandstof te dienen voor bijvoorbeeld auto’s, machines en elektriciteitscentrales. Hierbij worden de fossiele brandstoffen verbrand. Voorbeelden van fossiele brandstoffen die veel worden gebruikt zijn aardolie, aardgas en steenkool. Door het verbanden van deze fossiele brandstoffen kan warmte worden gecreëerd en daarnaast kan de fossiele brandstof bij verbranding worden omgezet in elektriciteit en mechanische energie.  Een nadeel van deze verbranding is wel dat er CO2 wordt uitgestoten in de atmosfeer.

Wat is het broeikaseffect?
Dit effect, wordt zoals de naam al aangeeft, vergeleken met een broei kas. Broeikassen zijn glazen of plastic overkappingen die meestal in de buitenlucht worden geplaatst. De zon schijnt met haar stralen door het glas of het plastic heen. Hierdoor krijgen de planten in de kas warmte door kortgolvige straling. De warmtestraling wordt echter ook teruggekaatst door alles wat in de kas aanwezig is. Deze teruggekaatste straling is echter langgolvige staling. Echter het glas of plastic van de kas zorgt er voor dat de langgolvige straling slechts in beperkte mate wordt teruggekaatst naar de omgeving buiten de kas. Hierdoor blijft een groot deel van de warmte in de kas aanwezig. Zo werkt het ook met de aarde. CO2 absorbeert  infrarode straling. Hierdoor wordt de langgolvige uitstraling van de zonnewarmte die wordt teruggekaatst naar de ruimte vermindert. Doordat de langgolvige straling van de zon niet geheel meer wordt teruggekaatst naar de ruimte houdt de aarde een deel van de warmte in haar atmosfeer. Het gevolg is dat de aarde opwarmt.

Wat zijn de gevolgen van een opwarming van de aarde?
Wereldwijd zijn er verschillende instanties die zich bezig houden met de klimaatontwikkelingen op aarde. Een bekende instantie die zich bezig houdt met de klimaatontwikkelingen is het Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC. Dit is een organisatie van de Verenigde Naties en is in 1988 opgericht. Deze instantie doet zelf geen onderzoeken maar evalueert onderzoeken over klimaatontwikkelingen op aarde. Naast het IPCC zijn er verschillende andere instanties over de wereld verspreid die de gevolgen van CO2 uitstoot onderzoeken. Ze proberen de gevolgen van het broeikaseffect in kaart te brengen. Dat de aarde opwarmt is duidelijk maar de gevolgen van deze opwarming zijn moeilijk vast te stellen. Hieronder heerst tussen de onderzoeksinstanties verdeeldheid.

  • Een belangrijk gevolg van de opwarming van de aarde is dat de zeespiegel zal stijgen. Dit heeft te maken met het smelten van de poolkappen. Daardoor zullen meer mensen getroffen kunnen worden door overstromingen wanneer er niet tijdig dijken worden verhoogd.
  • Bepaalde gebieden in de wereld kunnen gaan uitdrogen. Er zullen door de opwarming van de aarde waarschijnlijk meer woestijnen ontstaan. Dit zal voornamelijk gebeuren in gebieden die op dit moment al warm zijn zoals het Midden-Oosten en India.
  • Daarnaast zal de opwarming van de aarde er toe bijdragen dat het klimaat over de hele wereld verandert. Dit heeft niet alleen met een toename van de temperatuur te maken. Ook het neerslagpatroon zal waarschijnlijk veranderen.
  • Door het veranderen van het klimaat en het weer zullen verschillende ecosystemen verdwijnen of opschuiven. Hierdoor kunnen diersoorten uitsterven of zich naar andere gebieden verplaatsen.
  • Daarnaast zal er wereldwijd veel verzuring optreden. Het zeewater zal verzuren waardoor het leven in het zeewater wordt aangetast. Koraalriffen zullen met uitsterven worden bedreigd.

Dit zijn slechts enkele voorbeelden van de gevolgen van een broeikaseffect op aarde. Deze voorbeelden worden in verschillende publicaties genoemd. Het is echter onduidelijk in welke mate deze gevolgen zullen plaatsvinden en bij welke temperatuurtoename. Feit is wel dat de opwarming van de aarde de leefomstandigheden voor veel mensen en dieren verslechtert. Nederland zal door de verwachte stijging van de waterspiegel aanzienlijk moeten investeren in haar deltawerken waaronder het verstevigen en verhogen van haar dijken.

Wat kan tegen het broeikaseffect worden gedaan?
Nederland is hard bezig om zo zuinig mogelijk met fossiele brandstoffen om te gaan. De CO2 uitstoot wordt zoveel mogelijk beperkt. Mensen maken gebruik van zonnepanelen waardoor ze voor een deel hun eigen energie opwekken. Hierdoor hoeven kolencentrales minder energie te produceren. Er zijn zelfs plannen om het Waddeneiland Ameland geheel zelfvoorzienend te laten zijn op het gebied van energie. Daarnaast wordt er geïnvesteerd in de ontwikkeling van energiezuinige, lichte elektrische auto’s.

Ook het recyclen van afval behoort tot een belangrijk element van het beperken van de CO2 uitstoot. Veel afval bestaat uit grondstoffen die uit het aardoppervlak worden gehaald. Voorbeelden hiervan zijn plastics maar ook metalen. Wanneer deze materialen worden hergebruikt hoeven er minder delfstoffen uit de aarde worden gehaald. Daarnaast kost recyclen vaak minder energie dan het gehele proces waarbij delfstoffen gewonnen moeten worden en vervolgens in de juiste vorm moeten worden gebracht. Plastics zijn daarnaast zeer duurzaam. Dit is een voordeel want het gaat lang mee. Een nadeel hiervan is dat plastics in de natuur nauwelijks oplossen. Daarom is het goed dat plastics worden gerecycled.

Nederland loopt hierin niet voorop maar doet wel mee. Nederland is wereldwijd echter een klein dichtbevolkt land en kan in haar eentje nauwelijks de totale CO2 uitstoot van de wereld beperken. Grote landen zoals China, Rusland en de VS hebben meer invloed op de totale uitstoot. Gelukkig hebben deze landen langzamerhand ook een positieve houding gecreëerd ten opzichte van duurzame energie. Wanneer die landen eenmaal duurzaamheid hoog op de agenda zetten is de kans groot dat de CO2 uitstoot omlaag gaat. Dit is van belang voor de leefbaarheid van de gehele aarde en alles wat daarop leeft.