Omdat kerosine een aanzienlijke bijdrage levert aan de opwarming van de aarde, zijn alternatieven nodig. Onderzoekers van onder andere het Nederlandse instituut DIFFER hebben aangetoond dat het mogelijk is efficiënt koolstofmonoxide te maken van het broeikasgas koolstofdioxide als basis om uiteindelijk duurzame brandstof te produceren. 

De verbranding van kerosine door vliegtuigen zorgt voor een flinke uitstoot van koolstofdioxide, een van de broeikasgassen. Om de klimaatdoelen te behalen, en dus de koolstofdioxide-uitstoot tot nul te reduceren in 2050, zijn duurzame alternatieven nodig (lees ook ‘Eerste tests met volledig duurzame vliegtuigbrandstof’ en ‘Minder strepen in de lucht met duurzame kerosine’). 

Bij gebrek aan toegang tot oliebronnen hebben de nazi’s tijdens de Tweede Wereldoorlog al ontdekt hoe brandstoffen te maken uit het gasmengsel koolstofmonoxide en waterstof, dat syngas wordt genoemd. In het zogeheten Fischer-Tropschproces wordt gas omgezet in vloeibare brandstof. Een duurzaam alternatief voor syngas is door koolstofdioxide uit de lucht om te zetten in koolstofmonoxide.

Zo wordt de brandstof niet meer geproduceerd van fossiele grondstoffen en wordt de koolstofdioxide in de lucht gereduceerd doordat de uitstoot wordt gebruikt voor het maken van brandstof. Maar omdat de splitsing van koolstofdioxide in koolstofmonoxide theoretisch gezien te weinig zou opbrengen, werd deze methode gezien als weinig veelbelovend.

Onderzoekers van onderzoeksinstituut DIFFER, Maastricht University en olieconcern Shell schijnen nieuw licht op de splitsingsmethode waardoor deze een alternatief biedt voor de productie van duurzame brandstof.

 

Zeventig procent

Tot op heden gingen wetenschappers er van uit dat de productie van koolstofmonoxide als volgt verloopt: een koolstofdioxidemolecuul wordt met behulp van elektriciteit opgesplitst in een koolstofmonoxidemolecuul en een zuurstofatoom. Een reactie die flink wat energie kost. Twee zuurstofatomen vormen uiteindelijk weer zuurstof. 

De onderzoekers hebben nu echter aangetoond dat het zuurstofatoom ook kan reageren met koolstofdioxide en zo twee koolstofmonoxidemoleculen vormt. Een gevolg hiervan is dat deze reactie een realistische optie wordt om duurzame kerosine te produceren. 

‘Deze reactie heeft een maximale efficiëntie van zeventig procent’, zegt onderzoeker Alex van de Steeg. ‘Dus zeventig procent van de energie die we er in stoppen komt er weer uit als brandstof voor bijvoorbeeld een vliegtuig. Dat betekent dat deze methode voor de luchtvaart zeker veelbelovend kan zijn.’

 

Tegelijkertijd

Dankzij een geavanceerde meetopstelling hebben de onderzoekers ontdekt er twee reacties plaatsvinden tijdens de splitsing van koolstofdioxidemoleculen in koolstofmonoxidemoleculen. ‘We kunnen tegelijkertijd de deeltjesdichtheid en de temperatuur meten’, zegt Van de Steeg. ‘Dat betekent dat we weten welke reactie plaats vindt én hoe snel dit gebeurt.’ Door deze resultaten te koppelen aan computermodellen hebben ze het reactiemechanisme ontrafeld. 

 

Magnetron

Voor het splitsen van de koolstofdioxidemoleculen zijn hoge temperaturen nodig, tot wel 3000 kelvin. Daarvoor gebruiken de onderzoekers een plasma opgewekt in een magnetron. De reactie kost nog steeds behoorlijk veel energie, maar volgens de onderzoeker is het zeker een veelbelovend alternatief voor duurzame kerosine.

‘Daarnaast wordt magnetronstraling al toegepast op industriële schaal’, zegt Van de Steeg. ‘Dus de technologie om deze opstelling op te schalen is er al.’ De volgende stap is om een eerste proefreactor te maken om daadwerkelijk kerosine te maken van koolstofdioxide. 

 

Beeld: Alex van de Steeg