Waterstof is ook op een relatief duurzame manier te produceren uit aardgas. Dat blijkt uit het onderzoek van wetenschappers van de Technische Universiteit Eindhoven en TNO. Door het gas te verhitten tot hoge temperaturen komt er geen kooldioxide vrij, maar alleen puur waterstof en vast koolstof.

Het grootste deel van de waterstof voor industrieel gebruik wordt gemaakt van aardgas. De meest gangbare omzettingsmethode is het aardgas te laten reageren met hete stoom van ongeveer 850 graden Celsius, waarbij het zogeheten 'grijze' waterstof vrijkomt. Het gebruik van aardgas is hierbij niet het probleem, dit gas is op termijn te vervangen door biogas. Het nadeel is de koolstofdioxide (CO2) die vrijkomt bij deze methode.  

Met een gesmolten metaal is het onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en TNO gelukt waterstof te maken uit methaan zonder uitstoot van CO2. Ze publiceerden de details van hun onderzoek deze week in het wetenschappelijke tijdschrift International Journal of Hydrogen Energy.
 

Drijven

In dit nieuwe proces wordt het gas verhit tot boven de 1000 graden Celsius. Bij deze temperatuur splitst methaan (het hoofdbestanddeel van aardgas) spontaan in waterstof en vast koolstof. De onderzoekers gebruiken een gesmolten metaal, gallium, om de temperatuur vast te houden. Daarnaast is het metaal makkelijk te scheiden van het koolstof, waardoor de opstelling herbruikbaar is.

‘Het koolstof mengt niet met het metaal en blijft drijven op het metaal’, zegt Brandon Leal Pérez, een van de onderzoekers van de TU/e. ‘En doordat het vloeibare gallium niet te stroperig is, kan het waterstof door het metaal naar boven bubbelen. Bovenin de tank wordt het waterstof afgevangen.’

Zowel het waterstof als de koolstof komen bij deze productiemethode in pure vorm vrij en hoeven niet verder opgeschoond te worden voor gebruik.
 

Klein volume

Met een kleine reactor in het lab hebben de onderzoekers de methode getest. ‘We werken met hoge temperaturen, waardoor het veiliger is om de methode eerst in een klein volume van 350 milliliter te testen’, zegt Pérez. 

De onderzoekers hebben tests gedaan met zowel puur methaan als aardgas (bestaande uit rond de negentig procent methaan). Daarbij is het ze gelukt een omzetting van meer dan negentig procent te behalen. 

‘Deze eerste resultaten zijn veelbelovend’, zegt Pérez. ‘Maar om de methode ook lucratief te maken is het nodig ook het koolstof te verkopen.’ Er is een brede afzetmarkt in de industrie voor het vrije element koolstof, onder andere voor filters en kernreactoren. 

 

Katalytisch effect

Al eerder werd gesmolten metaal gebruikt voor een duurzame productie van waterstof (lees ook: ‘Waterstof uit methaan zonder uitstoot’), maar nog niet met het metaal gallium. Volgens de onderzoeker is het belangrijk verschillende metalen te testen.

‘De verschillende metalen hebben hun eigen voordelen, dus het is goed om te weten welke je kan gebruiken voor een efficiënte waterstofproductie’, zegt Pérez. ‘Daarnaast hebben sommige metalen een katalytisch effect, wat kan leiden tot een hogere waterstofproductie.’
 

Optimaliseren

De techniek is nog ver verwijderd van eventuele toepassing op industriële schaal. ‘In een vervolgproject willen we het ontwerp van de reactor optimaliseren’, zegt Fausto Gallucci, hoofd van de onderzoeksgroep. ‘Ook hebben we onder andere meer inzicht nodig in de prestaties van de verschillende metalen.’ Daarna kunnen de onderzoekers toewerken naar een eerste pilot. 

 

Beeld: Brandon Leal Pérez