Je leest:

Brandstof maken uit broeikasgas

Brandstof maken uit broeikasgas

Leidse scheikundigen zetten koolstofdioxide om in methaan

Auteur: | 14 september 2015

In de natuur gebeurt het indirect al miljoenen jaren: het omzetten van het broeikasgas koolstofdioxide in brandstoffen zoals methaan. Wetenschappers van de Universiteit Leiden verbeterden een kunstmatige variant van deze reactie. Of het een serieuze kandidaat voor energieopslag wordt is echter de vraag.

Met veel pijn en moeite groeit het aandeel duurzame energiebronnen in Nederland. Maar naarmate zonne- en windenergie terrein winnen, worden we ook steeds afhankelijker van de grillen van de natuur. Ons elektriciteitsnet draait om een perfecte balans tussen vraag en aanbod. Waar moet alle energie straks heen op momenten dat het bijvoorbeeld hard waait en we even niet zoveel elektriciteit nodig hebben?

Een optie is om van die overige elektriciteit brandstoffen, zoals gas, te maken. Wetenschappers van de Universiteit Leiden vonden een katalysator die onder invloed van een relatief lage spanning methaan maakt en de ongewilde vorming van waterstof onderdrukt. Het is een stapje naar het produceren van het gas methaan uit het broeikasgas koolstofdioxide (CO2). “Het maken van brandstof uit zonlicht en CO2 gebeurt in de natuur indirect al via fotosynthese, dat proces proberen wij nu te versnellen”, zegt hoofdonderzoeker Marc Koper. Het onderzoek werd vorige week gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Onderdrukken van waterstof

De scheikundigen onder leiding van Koper gingen aan de slag met een al eerder door wetenschappers gebruikt recept voor het maken van methaan. Ze lieten koolstofdioxide door een zure oplossing borrelen, die op het oppervlakte van een elektrode door een katalysator – op basis van kobalt – wordt omgezet in koolstofmonoxide. Uiteindelijk reageert zo’n drie procent van dat koolstofmonoxide verder tot methaan.

Electrolysis 1 web
Als je spanning op een elektrode in water zet, ontstaat er onder meer waterstof.
Wikimedia Commons

Koper en collega’s gebruikten echter een andersoortige katalysator, een zogenoemde porfyrinering met in het midden een kobaltatoom. Dan is er een relatief lage spanning van 0,5 volt nodig om de reactie aan te drijven. Andere katalysatoren hebben al gauw een volt nodig om hetzelfde voor elkaar te krijgen.

Bovendien vonden de wetenschappers een manier om de productie van waterstof te onderdrukken. Normaalgesproken vormt zich waterstof bij een elektrode op spanning in water. Juist deze met de methaanproductie ‘concurrerende’ reactie kan met deze katalysator grotendeels onderdrukt worden.

Dat lukt door de reactie onder gematigd zure condities te laten verlopen. In tegenstelling tot eerdere experimenten die in een veel zuurder milieu plaatsvonden. “De reactie is extreem gevoelig voor veranderingen in pH,” zegt Koper, “en dat leert ons bovendien weer iets over het reactiemechanisme.”

Small
Waterstof kan ook als brandstof dienen.

Maar waarom zou je de productie van waterstof willen uitschakelen? Dat is toch ook een brandstof? Koper beaamt dat. “Vroeger zat er zelfs waterstof in het stadsgas bijgemengd, maar apparatuur die het gas gebruikt is gevoelig voor de mengverhouding van die stoffen. Het is daarom beter om het apart te maken, dat scheelt een stap. Wij scheikundigen scheiden liever niet.”

Verre van rendabel

Koper laat overigens weten dat hij in eerste instantie niet geïnteresseerd was in het maken van methaan. “Oorspronkelijk onderzochten we de productie van koolstofmonoxide (CO) en mierenzuur. Ik wilde weten hoe die vorming afhangt van de pH en of we die daarmee kunnen beïnvloeden. Zowel mierenzuur als CO zijn interessante producten.”

“Bij het eerste experiment bleek er ook methaan gevormd te worden”, gaat Koper verder. “Ik geloofde het in eerste instantie niet, maar bij een nieuw experiment gebeurde het opnieuw. Toen hebben we onze aandacht verschoven naar de vorming van methaan uit koolstofdioxide.”

Flash nerd
Het zal waarschijnlijk nog lang duren voordat gas maken rendabel wordt.
flash_nerd, Flickr.com

Een mooie ontdekking, maar het zal nog wel even duren voordat we methaan uit koolstofdioxide winnen. Maar een fractie van het koolstofdioxide wordt omgezet in methaan en volgens Koper is het niet makkelijk om dat percentage te verhogen.

Het is dan ook zeker geen rendabele onderneming om op deze manier methaan te produceren. “Het is financieel volslagen oninteressant”, zegt Koper. “Methaan winnen uit de grond is daar nog veel te goedkoop voor. In de verre toekomst kan ik me voorstellen dat je op een of andere manier elektriciteit wil opslaan en iets bedenkt waarbij je koolstofdioxide en water omzet in iets waardevols. Deze reactie kan daarvoor een aanknopingspunt zijn.”

Bron

  • Shen, J. et al., Electrocatalytic reduction of carbon dioxide to carbon monoxide and methane at an immobilized cobalt protoporphyrin, Nature Communications (1 september 2015), DOI:10.1038/srep12488
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 september 2015

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.