Door een elektrochemische reactie bloot te stellen aan laserlicht worden CO2 en water sneller omgezet in nieuwe producten. Bovendien verandert de verhouding waarin CO2 en water reageren. Dit is een veelbelovende techniek voor CO2-recycling, maar er moeten nog wel wat hordes genomen worden voordat het praktisch toegepast kan worden.
Amerikaanse scheikundigen zochten naar een manier om CO2 sneller om te zetten in nieuwe producten. Ze gebruikten daarbij laserlicht in combinatie met een elektrochemische reactie die bij zo’n omzettingsproces nodig is. Door het licht verliep de reactie sneller, en veranderde de verhouding van de producten die ontstonden. Scheikundigen kunnen deze resultaten in de toekomst mogelijk gebruiken om CO2 efficiënter te recyclen.
Nanodeeltjes van goud
Als we CO2 uit de lucht vangen en daar nieuwe producten van maken, slaan we twee vliegen in een klap: we halen een broeikasgas uit de lucht en we hebben bouwstoffen voor nieuwe materialen. Deze techniek wordt al gebruikt. Daarbij wordt CO2 met behulp van elektrolyse omgezet. Dit kan op meerdere manieren, maar in het eenvoudigste geval worden CO2 en water samen onder stroom gezet, waardoor koolstofmonoxide en waterstof ontstaan. In de juiste verhouding levert dat een combinatie die samen syngas genoemd wordt. Dat wordt veel gebruikt voor andere processen in de chemische industrie, zoals de productie van methanol of ammoniak. Maar om van CO2 nieuwe stoffen te maken, is nu nog veel energie nodig, en de katalysatoren die daarbij gebruikt worden slijten snel.
Op zoek naar de vliegroute van de grote stern
Ecoloog Ruben Fijn bracht met gps voor het eerst uitgebreid het vlieggedrag van de grote stern in kaart. Zijn onderzoek laat ...
Daarom zoeken wetenschappers al jaren naar manieren om het omzettingsproces efficiënter te maken. Scheikundigen van Northwestern Universiteit en de Universiteit van Illinois schenen met behulp van een laser licht op een elektrochemische cel. Als katalysatoren gebruikten ze nanodeeltjes van koper en goud, die op de elektrodes zaten waar stroom doorheen liep. Het team kwam erachter dat de elektrodes fungeerden als een soort mini-antennes voor het licht. Dit activeerde de gouddeeltjes, waardoor de chemische reactie een extra boost kreeg. De onderzoekers deelden hun resultaten in Proceedings of the National Academy of Sciences, een wetenschappelijk tijdschrift.
Selectiviteit sturen
De geactiveerde gouddeeltjes versnelden de omzetting van CO2 en water. Bovendien veranderde de selectiviteit van de reactie. In een reactie waarbij moleculen zoals water en CO2 veranderen in nieuwe producten, bepaalt de katalysator welke moleculen het meest omgezet worden. Hij stuurt de reactie richting een bepaald product. Door het laserlicht veranderde de voorkeur van de reactie: er werd relatief meer water omgezet in waterstof dan CO2 in koolstofmonoxide.
Dat licht hieraan bijdraagt, is een belangrijke bevinding, want dit betekent dat scheikundigen de selectiviteit van een reactie tot op zekere hoogte kunnen sturen. Toch leidt dit niet direct tot een efficiëntere methode om CO2 om te zetten; de veranderde selectiviteit gaat immers in dit geval juist ten koste van de CO2-omzetting en resulteert vooral in meer waterstof.
Scheikundige Philippe Vereecken, van het halfgeleider-onderzoeksinstituut imec en de Katholieke Universiteit Leuven, legt uit: ‘Voor bepaalde reacties binnen de chemische industrie heb je een specifieke verhouding van koolstofmonoxide en waterstof nodig. Het kunnen manipuleren van deze verhouding zou heel handig zijn. Maar met deze katalysatoren gaat de selectiviteit de verkeerde kant op. Je zou dan zo’n reactie met andere katalysatoren moeten uitvoeren. Daar is zeker nog werk aan de winkel.’
Opschalen
Een van de grote uitdagingen bij het omzetten van CO2 in andere producten is het opschalen van de productie. Volgens Vereecken is het niet zozeer lastig om de selectiviteit van de reactie te beïnvloeden, maar vooral om die langere tijd te behouden. ‘Je kunt vrij makkelijk de selectiviteit bepalen bij een reactie die kort duurt, maar vaak verdwijnt die na een tijdje. Bij een industrieel proces moet zo’n reactie wel tienduizend uur stabiel blijven, en dat kunnen we nu nog niet.’
Toch is Vereecken positief over de ontwikkelingen die op het gebied van CO2-omzetting plaatsvinden. ‘Het probleem is dat we op dit moment de CO2 die we uitstoten niet hergebruiken. We kunnen CO2 de grond in pompen, maar op een gegeven moment is daar geen ruimte meer. Als je met behulp van CO2 syngas produceert, dat anders uit fossiele brandstoffen verkregen wordt, dan los je een deel van de recyclingproblemen op.’
