Wetenschappers hebben een apparaat ontwikkeld dat twee grote uitdagingen van onze tijd aanpakt: het verwijderen van CO2 uit de atmosfeer én het produceren van duurzame brandstof.
CO2-afvang, oftewel het verwijderen van kooldioxide uit de atmosfeer, is een van de vele middelen die kunnen worden ingezet in de strijd tegen klimaatverandering. Het principe is eenvoudig: vang het broeikasgas af en sla het op. Onderzoekers aan de Universiteit van Cambridge hebben echter een andere oplossing bedacht. In plaats van het gas op te slaan, willen zij het meteen gebruiken om er brandstof mee te maken. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke vakblad Nature Energy.
Spons voor CO2
Het systeem werkt op zonne-energie en kan overdag CO2 omzetten in synthesegas, een waardevol mengsel van waterstof en koolmonoxide. Het apparaat bestaat uit twee compartimenten. Het eerste deel vangt CO2 uit de lucht met behulp van een speciaal absorptiemateriaal op basis van silica en polyethyleenimine. Dit materiaal werkt als een spons die selectief CO2-moleculen uit de lucht filtert. Het heeft een extreem groot oppervlak (vergelijkbaar met ongeveer twee voetbalvelden per gram) waardoor het zeer effectief CO2 kan vangen. Tijdens tests kon het materiaal gedurende ongeveer 9 uur lang alle CO2 uit de toegevoerde lucht filteren voordat het verzadigd raakte.
In het tweede compartiment vindt de chemische omzetting plaats. Hier zorgt geconcentreerd zonlicht, opgevangen door een parabolische spiegel die het drie keer sterker maakt dan normaal zonlicht, voor de benodigde energie om de opgevangen CO2 om te zetten in synthesegas. Dit gebeurt met behulp van een katalysator die bestaat uit titaniumdioxide gecombineerd met een kobalthoudend molecuul.
Dag en nacht
Het systeem maakt slim gebruik van het dag-nachtritme. Tijdens de nachtelijke uren vangt het apparaat CO2 op uit de lucht. Overdag, als de zon schijnt, wordt deze opgevangen CO2 omgezet in bruikbare brandstof. Belangrijk is dat het proces stabiel blijft en meerdere cycli kan doorlopen zonder significant verlies van efficiëntie. Het systeem kan zelfs worden aangepast om de verhouding tussen waterstof en koolmonoxide in het eindproduct te optimaliseren, afhankelijk van de gewenste toepassing. Het geproduceerde synthesegas is een tussenproduct dat de industrie kan gebruiken voor het maken van verschillende brandstoffen en chemicaliën. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de productie van methanol, synthetische diesel en andere vloeibare brandstoffen. Ook dient het als grondstof voor diverse industriële chemicaliën.
Energiezuinig
Het systeem heeft geen hoge temperaturen of druk nodig, wat het volgens de onderzoekers energiezuiniger maakt dan bestaande methoden. Ook kan het direct CO2 uit de lucht halen, zonder dat eerst concentratie nodig is. Dit is een belangrijke vooruitgang, want momenteel is CO2-afvang uit de lucht nog zeer duur. De meeste bestaande systemen verbruiken veel energie en hebben dure installaties nodig. Dit nieuwe zonnegedreven systeem zou deze kosten aanzienlijk kunnen verlagen doordat het direct bruikbare brandstof produceert en weinig energie verbruikt.
Als grondstof voor het proces gebruiken de onderzoekers gerecycled PET-plastic. Dit plastic wordt eerst afgebroken tot ethyleenglycol, dat vervolgens dient als elektronendonor in de chemische reactie. Zo worden meteen twee afvalstromen ingezet: CO2 uit de lucht en plastic afval.
Vooral handig in zonnige regio’s
Het systeem blijkt vooral geschikt voor gebieden met veel zonlicht. In tropische en subtropische regio’s zou de technologie optimaal kunnen functioneren, waarbij de dagelijkse zonnecyclus perfect aansluit bij het proces van nachtelijke CO2-opvang en omzetting overdag. Hoewel het systeem nu nog op laboratoriumschaal werkt, geloven de wetenschappers dat het makkelijk kan worden opgeschaald. De gebruikte materialen zijn relatief goedkoop en het proces is modulair opgezet, wat uitbreiding vergemakkelijkt.
