Onmisbare katalysatoren, deel 1

Tijdens een interview op radio 1 kwam ik er achter dat weinig mensen precies weten waar katalysatoren voor gebruikt worden. De komende drie weken wil ik iets systematischer uitleggen waarom ze onmisbaar zijn en hoe ze kunnen bijdragen aan een duurzamere toekomst. De belangrijkste toepassingen van katalysatoren zijn: de productie van materialen, het verkrijgen van brandstoffen en het opslaan van energie, en het voorkomen van vervuiling. Deze week zal ik ingaan op de productie van materialen.

Alternatieve grondstoffen
We kunnen niet zonder nieuwe materialen, of het nu om plastics of geneesmiddelen gaat. De productie ervan gebeurt met behulp van katalysatoren en is afhankelijk van de beschikbaarheid van grondstoffen: olie, gas en kolen. Deze grondstoffen raken op én er blijft afval over, voornamelijk koolstofdioxide (CO2) en water. Wil je op een duurzame manier materialen maken dan moet je de afvalproducten als grondstoffen gebruiken en die omzetten naar complexere moleculen.

Bomen en planten
De natuur doet dit al miljarden jaren. Bomen en planten gebruiken zonlicht om CO2 en water om te zetten in koolhydraten. Deze biomassa kunnen we als grondstof gebruiken voor onze materialen. Het enige nadeel is dat de biomassa die de chemische industrie makkelijk kan verwerken (bijvoorbeeld maanzaadolie, olijfolie, maisolie) ook makkelijk te verwerken is door ons lichaam. Landbouwgrond komt daardoor in een competitie tussen productie voor voedsel en productie voor nieuwe materialen. Aangezien we die competitie niet willen, proberen we de niet-eetbare (delen van) planten te gebruiken die geen extra conventionele landbouwgrond opeisen; de stengels van de huidige gewassen bijvoorbeeld. Nieuwe katalysatoren worden nu ontwikkeld om die moeilijk verteerbare biomassa wel te kunnen verwerken.

Algen
De tweede methode om CO2 en water om te zetten naar koolwaterstoffen is door gebruik te maken van algen. De energie die nodig is voor deze omzetting komt net zoals bij bomen en planten uit het zonlicht. De olie die uit die algen gehaald kan worden, kan voor een groot deel verder verwerkt worden met de huidige chemische processen. De kostprijs voor algenolie is echter veel hoger dan voor gewone olie. De grootste uitdaging is daarom om algen te kweken die zoveel olie produceren dat de kostprijs kan concurreren met gewone olie (zie blogs Peter Mooij).

Katalyse door middel van licht of elektriciteit
De derde methode om CO2 en water om te zetten, is door het gebruik van katalyse. De bestaande katalysatoren zijn op dit moment echter niet goed genoeg om dit efficiënt te doen. Daarnaast is er energie nodig om de reactie te laten verlopen. Waar je die energie vandaan haalt, bepaalt of het proces uiteindelijk duurzaam is. Als je voor het opwekken van de energie meer CO2 produceert dan dat je CO2 omzet, dan is het natuurlijk niet erg duurzaam. Onderzoekers ontwikkelen daarom katalysatoren die de omzetting van CO2 direct kunnen doen met zonlicht of indirect via elektriciteit (opgewekt door zonlicht of andere duurzame energiebronnen).

Conclusie
Katalyse speelt een essentiële rol in de huidige productie van materialen. Nieuwe katalysatoren moeten echter ontwikkeld worden om de materialen in de toekomst via een duurzame route te produceren.
 

Volgende week meer over de rol van katalysatoren in het verkrijgen van brandstoffen en het opslaan van energie.