Droogijs uit biogeen CO₂: productieproces en wanneer het zinvol is

Droogijs uit biogeen CO₂ ontstaat door het scheiden van koolstofdioxide uit biogas in een opwerkingsinstallatie, het zuiveren ervan, condenseren en expanderen tot een 'sneeuw', die vervolgens tot korrels of blokken wordt geperst. Chemisch gezien verschilt het niet van droogijs uit andere bronnen; het onderscheidt zich door de oorsprong van de koolstof, die afkomstig is uit biomassa in plaats van fossiele brandstoffen. Dit is relevant voor de klimaatbalans, maar verandert niets aan de technologische en kwaliteitseisen.

Waar komt CO₂ vandaan

Biogas bevat doorgaans enkele tientallen procenten CO₂, dat tijdens de opwerking wordt verwijderd om biomethaan te verkrijgen. De CO₂-stroom uit de installatie kan zuiver zijn of verontreinigd met restanten methaan, lucht, vocht en zwavelverbindingen, afhankelijk van de gebruikte technologie (zie Upgrading: vergelijking van technologieën]). Het benutten van CO₂ wordt beschreven in de tekst Biogeen CO₂ uit biogasinstallaties].

Hoe ontstaat droogijs

1. Zuivering. Verwijdering van water, zwavelverbindingen, vluchtige organische stoffen, restanten methaan en andere verontreinigingen, afhankelijk van de beoogde toepassing van het product.
2. Condensatie. CO₂ condenseert onder verhoogde druk en bij verlaagde temperatuur (het tripelpunt van CO₂ ligt bij circa 5,18 bar en −56,6 °C, dus vloeistof bestaat alleen boven deze druk).
3. Expansie. Vloeibaar CO₂ expandeert naar atmosferische druk, waardoor een deel overgaat in gas en een deel in fijne sneeuw. Het gas dat bij expansie ontstaat, kan worden teruggevoerd naar het systeem.
4. Persen. De sneeuw wordt geperst tot korrels (pellets) of blokken. De persparameters beïnvloeden de dichtheid en sublimatiesnelheid.

Kwaliteitseisen

Droogijs dat in contact komt met voedsel moet voldoen aan de eisen voor CO₂ als voedingsadditief (aanduiding E 290 in Verordening (EG) nr. 1333/2008) en aan kwaliteitsnormen die in de technische gassensector worden gehanteerd, zoals de richtlijnen van EIGA. Voor technische toepassingen (reiniging, koeling tijdens transport) zijn de eisen minder streng. De eisen voor voedselkwaliteit CO₂ zijn hoog, waardoor de ruwe stroom uit de opwerking meestal extra zuivering en laboratoriumcontrole vereist. De kwaliteit wordt bepaald door de leverancier van de installatie en de afnemer; men mag er niet van uitgaan dat elke stroom 'geschikt' is.

Toepassingen

• Koeling en transport van voedingsmiddelen en farmaceutische producten.
• Straalreiniging (afvalvrij verwijderen van verontreinigingen van oppervlakken).
• Voedingsmiddelenindustrie: koelen, invriezen, mengen in processen.
• Visuele effecten en gastronomie, mits veiligheidsvoorschriften in acht worden genomen.

Is het economisch zinvol

De rendabiliteit hangt af van de schaal (hoeveelheid beschikbaar CO₂), de zuiverheid van de stroom, de afstand tot de markt en afnemers, en de kosten van condensatie en koeling. Droogijs heeft een beperkte houdbaarheid (het sublimeert), waardoor de logistiek uitdagend is. In veel gevallen is het benutten van CO₂ in vloeibare vorm rendabeler, terwijl droogijs een manier is om het product bij klanten af te leveren zonder cryogene tank. De reikwijdte hiervan bepaalt of een investering zinvol is en vereist een marktanalyse van afnemers.

Klimaataspect

CO₂ afkomstig uit biomassa maakt deel uit van de korte koolstofcyclus. Droogijs keert na sublimatie terug naar de atmosfeer en is dus geen permanente opslag van koolstof. Het voordeel ligt in het vervangen van CO₂ van fossiele oorsprong waar dit anders zou worden gebruikt. Voor permanente verwijdering van CO₂ zijn oplossingen zoals BECCS bedoeld; zie BECCS en opslag van biogeen CO₂]. Milieuverklaringen moeten gebaseerd zijn op een methodische balansberekening, niet op het label 'bio'.

Hoeveel droogijs levert een CO₂-stroom

Bij expansie van vloeibaar CO₂ naar atmosferische druk gaat slechts een deel van de massa over in vaste sneeuw, terwijl de rest als gas terugkeert; dit aandeel hangt af van de druk en temperatuur van de vloeistof vóór expansie en is in typische systemen minder dan de helft. Een goed ontworpen installatie comprimeert en condenseert het verdampte gas opnieuw, waardoor het CO₂-verlies kleiner wordt. Voor de planning moet daarom bij de leverancier worden geïnformeerd naar de opbrengst in de gehele cyclus, en niet alleen naar de capaciteit van de pers. Daarnaast zijn de energiekosten voor koeling vaak een doorslaggevende factor in de kostenbalans.

Vragen om te overwegen vóór een beslissing

• Welke zuiverheid heeft de CO₂-stroom uit de gebruikte opwerkingstechnologie en is het mogelijk deze te verbeteren?
• Hoeveel afnemers zijn er binnen een redelijke afstand en wat is hun vraag gedurende het jaar (seizoensgebondenheid)?
• Is het product bedoeld voor voedseltoepassingen of technische toepassingen, en welke kwaliteitstests zijn vereist?
• Wat gebeurt er met het CO₂ in periodes met lage vraag?

Veiligheid

Droogijs veroorzaakt koudebrandwonden en de sublimatie ervan in afgesloten ruimtes verdringt zuurstof. Bij opslag en transport worden ventilatie en verpakkingen gebruikt die gasdoorlatend zijn (droogijs mag niet in luchtdichte containers worden opgesloten). Veiligheidsvoorschriften voor gebruik moeten gebaseerd zijn op de veiligheidsinformatiebladen van de leverancier en de procedures van de installatie.