Kooldioxide is boven een bepaalde temperatuur en druk superkritsch (lichtblauwe deel van dit fasediagram (afb: Wiki Commons)

Kooldioxide zit ons ‘dwars’ vanwege het broeikaseffect dat dat gas in de atmosfeer teweegbrengt, maar CO₂ kan zoveel meer. Planten gebruiken het gas om te groeien en in superkritische vorm kun je met kooldioxide energie produceren; 30% als alles meezit.

De meeste krachtcentrales gebruiken gigantische turbinegeneratoren om warmte om te zetten in elektriciteit. Water omzetten in gas (stoom) kost een hoop energie. Bij kamertemperatuur is CO₂ een gas, dus dat maakt het wat simpeler. Bovendien laat dat gas zich makkelijk comprimeren en als je dat maar ver genoeg doet krijg je superkritische kooldioxide. Daarmee zou je, is het verhaal, meer energie kunnen opwekken met kleinere turbines.
De opwekking van elektriciteit is nog altijd even primitief als in het stoomtijdperk: je kookt een potje water en jaagt de stoom door een rad, waarmee elektriciteit wordt opgewekt door een combinatie van magneten en stroomdraden. De warmte kan op allerlei manieren worden verkregen, maar het principe is steeds hetzelfde.

Primitief en inefficiënt

Dat is een primitief en inefficiënte manier om elektriciteit op te wekken. “Faseverandering zoals van ijs naar water of van water naar stoom kost een hoop energie”, zegt Avi Shultz van het Amerikaanse ministerie van energie. Die energie kan je beter aanwenden om stroom op te wekken.
Van zo’n energievretende faseovergang heb je bij CO₂ geen last. “Daar gebruik je alleen gas en dus gebruik je de energie beter”, zegt Levi Irwin, een van de twee auteurs van het artikel in het blad Science. Zoals gezegd is kooldioxide makkelijker te comprimeren dan water waardoor er meer verwarmd CO₂ in een kleiner volume past. Het idee van Irwin en zijn medeauteur Yann Le Moullec van het Franse elektriciteitsbedrijf EdF is het kooldioxidegas samen te drukken tot de superkritische toestand, een soort vloeibaargastoestand. Irwin: “Dat maakt het mogelijk tien meer energie door een turbine te jagen dan met stoom.”

Volgens Irwin zou superkritisch CO₂ een turbinegenerator 30% efficiënter maken. Die generatoren zijn kleiner en eenvoudiger doordat ze maar met een fase van doen hebben en daardoor minder onderdelen bevatten.
Het allermooiste zou natuurlijk zijn als die kooldioxideturbines op CO₂ uit de atmosfeer zouden draaien; je vermindert er de kooldioxideconcentratie niet echt mee, maar je vergroot die ook niet. Voorlopig lijkt dat nog niet haalbaar en zien de auteurs het gas nog uit de fabriek komen (in een gesloten systeem, dat weer wel). Dat gas wordt overigens vaak gewonnen uit afgassen van petrochemische bedrijven.

Addertje

Meteen aan de slag, zou je zeggen, maar er zit nog wel een (?) addertje onder het gras: de hoge temperaturen zijn problematisch voor turbines. Irwin: “Als je praat over veel energie dan heb je het over grote temperatuursgradiënten die grote mechanische spanningen veroorzaken.” Dat vergt materialen die daar tegen bestand zijn.
Daarnaast zijn er nog wat andere technische probleempjes op te lossen. Zo zullen de turbinebladen zo moeten worden ontworpen dat ze optimaal samenwerken met een niet helemaal vloeibare of gasvormige samenstelling.

Het Amerikaanse ministerie van energie kondigde in oktober aan een prototype te gaan bouwen. Toen was Barrack Obama nog president. Dat kost zo’n $ 80 miljoen (€ 75 miljoen) en vergt nog zes jaar. Dat prototype zou een vermogen krijgen van 10 MW, goed voor de elektriciteitsvoorziening van een paar duizend huishoudens. Net als stoomturbines kunnen de kooldioxideturbines met alle soorten warmtebronnen ‘samenwerken’. De vraag is wat de grote Twitteraar Trump doet als hij in de gaten krijgt dat er 80 miljoen dreigt te worden weggegooid.

Bron: Wired