Onderzoekers hebben een reactor ontwikkeld die industrieel uitgestoten CO2 met behulp van plastic zwerfafval omzet in schone biobrandstoffen. En dat enkel met behulp van zonlicht.
De aarde wordt momenteel geconfronteerd met twee enorme uitdagingen: uit fossiele brandstoffen vrijgekomen CO2 en plastic afval, dat ondertussen in alle uithoeken van onze planeet te vinden is. Veel knappe koppen zoeken naarstig naar oplossingen. Zo zijn er ideeën geopperd om atmosferische CO2 af te vangen en ondergronds op te slaan. Ook zou plastic afval zoveel mogelijk gerecycled moeten worden, al zitten er nog veel hobbels in de weg. In een nieuwe studie hebben onderzoekers een inventieve en veelbelovende manier bedacht om van zowel overtollige CO2 als plastic afval af te komen en het tegelijkertijd om te zetten in iets nuttigs. En daarmee slaan ze twee vliegen in één klap.
Reactor
De onderzoekers ontwikkelden een reactor die doeltreffend afgevangen CO2 met behulp van plastic afval omzet in schone, duurzame brandstoffen. Zo werd CO2 omgezet in syngas, een belangrijke bouwsteen voor vloeibare biobrandstoffen. De afgedankte plastic flessen die voor dit proces nodig zijn, werden vervolgens ook nog eens omgezet in glycolzuur, dat veel wordt gebruikt in de cosmetica-industrie. “Onze technologie haalt CO2 uit de lucht en zet dit direct om in een brandstof,” legt onderzoeker Sayan Kar in gesprek met Scientias.nl uit. “En dat ook nog eens enkel met behulp van zonlicht, dat overvloedig en vrij beschikbaar is. De reactor werkt namelijk op zonne-energie. Tegelijkertijd kunnen we plastic afval succesvol omzetten in glycolzuur.”
Atmosferische CO2
Sinds enkele jaren werkt de onderzoeksgroep aan de ontwikkeling van duurzame, koolstofvrije brandstoffen, geïnspireerd op fotosynthese (het proces waarbij planten zonlicht omzetten in voedsel) met behulp van kunstmatige bladeren. Deze kunstmatige bladeren zetten CO2 en water met enkel de hulp van de zon om in brandstoffen. Maar tot op heden hebben de onderzoekers hiervoor geconcentreerde CO2 gebruikt. In de nieuwe studie wilden ze proberen om CO2 rechtstreeks uit de lucht te halen – een behoorlijke uitdaging, aangezien lucht niet alleen CO2, maar ook een heleboel andere elementen bevat die er op één of andere manier uitgefilterd moeten worden. Toch gingen de onderzoekers deze uitdaging niet uit de weg. “We moeten fossiele brandstoffen volledig elimineren om een echt circulaire economie te creëren,” zegt onderzoeker Erwin Reisner. “Maar we zijn niet alleen geïnteresseerd in decarbonisatie, we willen ook CO2 uit de lucht verwijderen.”
Ondergronds opslaan
De onderzoekers lieten zich inspireren door CO2- afvang en -opslag – ook wel Carbon Capture and Storage (CCS) genoemd (zie kader). Hierbij wordt CO2 afgevangen en vervolgens ondergronds opgeslagen. In de studie gingen de onderzoekers echter nog een stapje verder. Zo wilden ze niet alleen CO2 afvangen en dit ongebruikt onder de grond begraven, het liefst wilden de onderzoekers het broeikasgas in iets bruikbaars transformeren.
Carbon Capture and Storage (CCS) houdt in dat er bij de verbranding van fossiele brandstoffen CO2 wordt afgevangen en vervolgens ondergronds wordt opgeslagen. Op die manier wordt voorkomen dat dit vervuilende broeikasgas de atmosfeer binnendringt. Deze CO2 wordt middels speciale leidingen geïnjecteerd in ondergrondse poreuze gesteentelagen op een diepte van vaak tussen de 0,8 tot 3 kilometer. Voornamelijk zandsteen, kalk en dolomiet zijn geschikt voor de opslag van CO2.
Het team keerde terug naar de tekentafel en ontwierp een reactor die afgevangen CO2 zou kunnen omzetten in een biobrandstof. Hoe? “We filteren lucht door een alkalische oplossing waar atmosferische CO2 in vast komt te zitten en geconcentreerd wordt,” legt Kar desgevraagd uit. Andere gassen die in de lucht aanwezig zijn, zoals stikstof en zuurstof, worden onschadelijk weer vrijgegeven. “Vervolgens gebruiken we zonlicht om deze gevangen CO2 om te zetten in brandstoffen,” aldus Kar.
Plastic
De reactor heeft twee compartimenten, aan de ene kant zit de opgevangen CO2-oplossing die wordt omgezet in syngas en aan de andere kant worden kunststoffen omgezet in bruikbare chemicaliën. De toevoeging van plastic is cruciaal voor het proces. “De productie van de brandstoffen wordt verbeterd dankzij de aanwezigheid van voorbehandeld plastic afval,” licht Kar toe. Het afvangen en gebruiken van CO2 uit de lucht bemoeilijkt namelijk de chemie. Maar als er plastic afval aan het systeem wordt toegevoegd, levert het plastic elektronen aan de CO2. Het plastic breekt vervolgens af tot glycolzuur en de CO2 wordt doeltreffend omgezet in syngas.
Twee afvalproducten
Hoewel de technologie nog enigszins verbeterd moet worden voordat het op grote schaal kan worden ingezet, zijn de resultaten een belangrijke stap richting een schonere en duurzamere wereld. “Ons systeem neemt twee schadelijke afvalproducten – koolstofemissies en plastic – en zet het om in iets zinvols,” zegt Kar. “Dat we effectief CO2 uit de lucht kunnen halen en er iets nuttigs van kunnen maken, is bijzonder. Het is bevredigend om te zien wat we allemaal kunnen doen met alleen zonlicht.”
Opschalen
De volgende stap wordt om het systeem op te schalen. Over de haalbaarheid daarvan twijfelt Kar geen moment. “We gebruiken overvloedig beschikbare grondstoffen (CO2 en plastic afval) en energie (zonlicht),” legt hij uit. “Daarom is ons systeem robuust en efficiënt. Verder zijn alle belangrijke componenten en chemicaliën die nodig zijn voor opschaling in de handel verkrijgbaar of kunnen eenvoudig in bulk worden geproduceerd.”
Klimaatverandering
De methode is veelbelovend. Want het hergebruiken van de koolstofdioxide die wordt geproduceerd bij het verbranden van fossiele brandstoffen, zou helpen kostbare hulpbronnen te behouden en de hoeveelheid CO2 – een belangrijk broeikasgas – in de atmosfeer terug te dringen. “Op de middellange termijn zou onze nieuwe technologie kunnen helpen de koolstofemissies te verminderen door ze uit de industrie op te vangen,” zegt Reisner. “Maar uiteindelijk moeten we fossiele brandstoffen volledig uitbannen en ook de hoeveelheid atmosferische CO2 terugdringen.”
De nieuw ontwikkelde techniek doet dan ook een belangrijke duit in het zakje in onze strijd tegen klimaatverandering. “Het heeft de potentie om de concentratie atmosferische CO2 doeltreffend te verminderen,” zegt Kar. “Daarnaast stelt het ons in staat om voortaan gebruik te maken van biobrandstoffen, waardoor we afstand kunnen nemen van fossiele brandstoffen. Ten slotte kan het bijdragen aan een efficiëntere afvalrecycling, aangezien de reactor ook plastic afval nodig heeft. We geloven daarom dat het zal helpen bij onze overgang naar een groenere economie.”
