Bij het gebruik van fossiele brandstoffen voor onze energievoorziening komt het broeikasgas koolstofdioxide (CO₂) vrij. Wetenschappers en technologen zoeken naarstig naar manieren om duurzaam en klimaatneutraal energie op te wekken. Met zonnecellen bijvoorbeeld, of windmolens. Of door elektriciteitscentrales en auto’s te stoken met biobrandstoffen. Het idee is dat de CO₂ die dan vrijkomt geen echte bijdrage aan het broeikaseffect levert; biobrandstoffen hebben bij hun groei immers al CO₂ uit de atmosfeer opgenomen.

Het onderzoek van Hirokazu Shibata opent wellicht een nieuwe route voor duurzame energievoorziening. Hij slaagde er in uit koolstofdioxide verschillende koolwaterstoffen te maken die als brandstof kunnen dienen. Vergelijk het maar met de fotosynthese bij planten: die nemen koolstofdioxide op en maken er koolwaterstoffen van voor hun eigen energievoorziening. Shibata stuitte in het laboratorium op een soortgelijk proces. Niet in een plant, maar in een glazen bol.

De proef

Shibata’s onderzoek vindt zijn oorsprong in het Fischer-Tropsch proces, vernoemd naar twee Duitse onderzoekers die er rond 1920 voor het eerst over publiceerden. Tijdens dit proces ontstaan koolwaterstoffen uit een mengsel van waterstof en koolstofmonoxide (CO) met behulp van een metalen katalysator.

Shibata bracht dit proces op gang in een glazen bol met water door er koolstofdioxide in te laten bubbelen. In het water steken twee elektroden, de een van koper en de ander van platina. Als ze onder de juiste elektrische spanning worden gezet ontstaan aan de koperelektrode koolwaterstofverbindingen. Eerst wordt CO₂ gereduceerd tot CO, en daarna worden de koolwaterstoffen gevormd. Welke dat precies zijn hangt af van de manier waarop de koperelektrode is voorbewerkt, zo ontdekte Shibate tijdens zijn proefnemingen.

Christa Ros, TU Delft

De proefopstelling in volle glorie. Het vierkantje aan de linkerkant is de koperelektrode.

Badje met zuur

In het onderzoek is een specifiek soort koper gebruikt dat werd bewerkt met electropolishing. Met deze techniek kan je de oppervlakte van het koper schoonmaken door het in een badje met zuur te leggen, aldus dr. Guido Mul, de begeleider van Shibata. Zonder electropolishing is het koper geoxideerd, er zijn dan veel positief geladen koperionen op het oppervlak aanwezig.

Dit is van invloed op de producten die in het experiment ontstaan. Aan onbehandelde geoxiderde koperelektroden ontstaan voornamelijk ethaan, etheen en alcoholen. Als het koper is ‘gepolished’ vormen zich vooral etheen en methaan. En als het koper lichtjes is geoxideerd, dan ontstaan CH₂-groepen die zich aaneen hechten tot langere ketens. Het kan dus alle kanten op, afhankelijk van wat er vóór de proef met de koperelektrode is gebeurd.

Duurzame kringloop

Als de onderzoekers dit proces kunnen beheersen door de oxidatie van koper te reguleren, kunnen ze zelf in de hand houden welke reactieproducten ontstaan. Brandstoffen die geschikt zijn voor onze auto’s bijvoorbeeld. De auto zal wel CO₂ uitstoten, maar dit is vervolgens weer om te zetten in brandstof. Op die manier ontstaat een duurzame kringloop. Er zit wel een addertje onder het gras: om het proces te laten verlopen is stroom nodig. Als bij de opwekking van de benodigde stroom CO₂ vrijkomt, schiet je weinig op in de strijd tegen het broeikaseffect.

Nog los van dit aspect zitten er de nodige haken en ogen aan de praktische toepassing van het onderzoek. Zo zou de productiviteit van het proces zeker een factor duizend omhoog moeten om economisch interessant te zijn. Dat is een flinke stap. Maar daar laten ze zich in Delft niet door uit het veld slaan: een nieuwe promovendus voert de komende jaren verder onderzoek uit naar de koperelektroden.

Zie verder:

• Synthetische diesel (Kennislinkartikel)
• Fotosynthese in zonnecel (Kennislinkartikel)