Een van de manieren om de opwarming van de aarde tegen te gaan, is CO2 uit de lucht halen en omzetten in CO en O2. Promovendus Alex van de Steeg van de TU Eindhoven zocht uit hoe dit precies in zijn werk gaat.
Van de Steeg bestudeerde de chemische en fysische processen die optreden tijdens het splitsen van de moleculen in een CO2-plasma. Op 1 maart verdedigde hij zijn proefschrift bij de faculteit Applied Physics aan de TU Eindhoven.
Brandstof
Het omzetten van kooldioxide in koolmonoxide en zuurstof is een veelbelovende manier om de hoeveelheid CO2 in de lucht te verminderen, vooral omdat CO een essentieel ingrediënt is voor synthetische brandstoffen. Er kunnen allerhande koolwaterstoffen van gemaakt worden.
Dat kost weliswaar energie, maar dat kan zonne- of windenergie zijn op momenten dat daar een overschot aan is. Onderzoekers zien het ontleden van CO2 en produceren van synthetische brandstof als een goede manier om zonne- of windenergie op te slaan.
Hoe heet?
Plasma’s – dat zijn gassen waarbij de deeltjes geïoniseerd zijn – kunnen CO2 efficiënt splitsen in CO en O2. Hoe dat exact gebeurt en bij welke temperatuur, was echter lang onduidelijk. De meest recente onderzoeken wezen op drieduizend kelvin (dat is 2727 graden Celsius), maar volgens een klassiek, veertig jaar oud onderzoek uit de Sovjet-Unie lukte het ook bij veel lagere temperaturen van rond de duizend kelvin. Van de Steeg probeerde hier meer duidelijkheid over te krijgen.
Laser
Van de Steeg startte zijn onderzoek – bij energieonderzoeksinstituut DIFFER en in samenwerking met de Maastricht University en Shell – met behulp van zogeheten laser scattering diagnostics. Daarbij wordt een intense laserstraal op het plasma gericht en wordt vervolgens het verstrooide licht gemeten.
Dit levert informatie op over hoe de temperatuurverdeling en de samenstelling van het plasma door de tijd heen veranderen. De temperatuur bleek op te lopen tot meer dan zesduizend kelvin, vertelt Van de Steeg in een persbericht van de TU Eindhoven. ‘Dat is heter dan het oppervlak van de zon’.
Reacties
Vervolgens gebruikten de onderzoekers de gemeten eigenschappen van het plasma om met een computermodel de reacties van moleculen op verschillende locaties in het plasma te reconstrueren.
Twee soorten reacties bleken tot bijna alle splitsingen te leiden: botsingen van CO2-moleculen met andere moleculen in het plasma, en de associatie van O en CO2 die uiteindelijk leidt tot CO en O2.. (Zie voor uitleg hierover dit eerdere stuk van De Ingenieur.)
Door in te zetten op die tweede reactie, kan de energie-efficiëntie van de CO2-splitsing fors toenemen, ontdekten de wetenschappers. Van de Steeg: ‘De maximale efficiëntie zonder O-CO2-associatie ligt net boven de 50 procent. Dat stijgt tot maar liefst 70 procent als we het wel meenemen.’
Kringloop
Er is veel energie nodig om de plasmareacties op gang te brengen, maar dat wordt gecompenseerd door de CO-moleculen te gebruiken voor het maken van duurzame brandstoffen, zegt Van de Steeg. ‘In plaats van olie uit bronnen te halen om fossiele brandstoffen te produceren, kunnen we nu brandstoffen maken met behulp van de CO2 die al in de atmosfeer zit.’
Zodra je die brandstoffen gebruikt, komt er weliswaar weer CO2 vrij, maar dat is net zoveel als er voor de productie was opgenomen. Het is een circulair proces en er komt dus netto geen extra CO2 in de atmosfeer.
Van de Steeg is optimistisch over waar zijn onderzoek toe kan leiden. ‘Met deze bevindingen en een zorgvuldig reactorontwerp liggen hoge energierendementen binnen handbereik. Plasmasplitsing kan dus een aantrekkelijke technologie zijn voor de energietransitie.’
De benodigde CO2 kan zowel uit de lucht als (wellicht beter) uit zee worden gehaald.
Openingsbeeld: veeterzy, Unsplash.com
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.