Brandstof maken uit broeikasgas

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.

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.”

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.”