De geur van rotte eieren heeft ongetwijfeld weleens je neus bereikt. Het smerige waterstofsulfide-aroma borrelt soms uit het riool op en is een vervelend bijproduct in de petrochemische industrie.
Bedrijven die veel waterstofsulfide uitstoten kunnen fikse boetes krijgen. Het smerige gas afbreken is ook kostbaar, maar daar lijkt binnenkort verandering in te komen. Een nieuwe methode die gebruik maakt van gouden nanodeeltjes en licht als energiebron, breekt het stinkende gas goedkoop en snel af tot waterstof en zwavel in een eenstapsproces. Zo kunnen de raffinaderijen zelfs nog geld verdienen aan de rotte-eierenlucht.
Geld stinkt niet
Petrochemische fabrieken ontzwavelen aardolie, aardgas, steenkool en andere producten. Dit chemische proces zorgt jaarlijks voor duizenden tonnen schadelijke waterstofsulfide als bijproduct. Het zou mooi zijn als dit op een efficiënte en duurzame manier omgezet zou kunnen worden in nuttige stoffen. Ingenieurs en wetenschappers van de Rice University in Houston, Texas zijn diep in deze materie gedoken en hebben een zeer elegante methode bedacht om dit voor elkaar te krijgen. Het is ze gelukt om in één stap de waterstofsulfide om te zetten in waterstofgas en zwavel, met behulp van een laagje gouden nanodeeltjes en lichtenergie.
Gamechanger
“Waterstofsulfide-emissies kunnen leiden tot forse boetes voor de industrie, maar sanering is ook erg duur”, legt natuurkundige en chemicus Naomi Halas uit. Haar team werkt al jaren aan het ontwikkelen van economisch rendabele, door licht geactiveerde nanokatalysatoren. “De uitdrukking ‘gamechanger’ wordt te veel gebruikt, maar in dit geval durf ik deze term wel te gebruiken. Dit chemische proces – plasmonische fotokatalyse genoemd – is hoogstwaarschijnlijk veel goedkoper dan traditionele sanering, en het levert ook nog eens waardevolle eindproducten op”, verklaart Halas.
Bizar kleine gouddeeltjes
Elk molecuul waterstofsulfidegas (H2S) bestaat uit twee waterstofatomen en één zwavelatoom. Elk molecuul waterstofgas (H2) – het basisproduct van de schone waterstofeconomie – bevat twee waterstofatomen. Het team besprenkelde siliciumdioxidepoeder met gouden nanodeeltjes, die ongeveer een tienmiljardste meter doorsnee zijn, bizar klein dus. Deze nanodeeltjes reageren op bepaalde golflengtes van zichtbaar licht. De plasmonische reacties die hierdoor ontstaan, zorgen voor zogenaamde ‘hot carriers’, oftewel hoogenergetische elektronen die de katalyse aandrijven.
Goedkoop en duurzaam
Halas zette met behulp van ledlampen in het laboratorium de waterstofsulfide efficiënt en snel om in waterstof en zwavel. Als het lukt om dit proces ook op industriële schaal in te zetten, dan gaan alle grote raffinaderijen deze katalytische technologie ongetwijfeld gebruiken. Nu wordt het in 1883 ontdekte clausproces nog vaak in de petrochemische industrie gebruikt om zwavelhoudende delen uit industriële afvalgassen te verwijderen. Dit energievretende proces vereist meerdere stappen en hete verbrandingskamers. Een ander nadeel is dat er bij het clausproces geen waterstofgas als eindproduct ontstaat, maar zwavel en water.
Het innovatieve chemische proces is simpel, snel, goedkoop en duurzaam. Dit maakt het voor bedrijven een erg aantrekkelijke optie. “Aangezien het alleen zichtbaar licht vereist en geen externe verwarming, is het proces relatief eenvoudig op te schalen met behulp van zonne-energie of de zeer efficiënte ledverlichting als energiebron”, aldus Halas.
Snel opschalen
Op 3 oktober ontving Halas de prestigieuze Eni Energy Transition Award 2022 vanwege haar uitzonderlijke inspanningen en prestaties voor de ontwikkeling van efficiënte en duurzame, door licht aangedreven katalysatoren en de productie van waterstof op industriële schaal.
Hopelijk weet de zware industrie haar uitvinding snel op te pakken, zodat waterstofsulfide op grote schaal veel efficiënter kan worden afgebroken.
