Met zonlicht en met nikkel bedekte koperoxideelektroden is koolmonide te maken, grondstof voor koolwaterstoffen (afb: Science)
Kooldioxide en water omzetten in allerlei organische verbindingen is iets wat planten allang onder de knie hebben, de fotosynthese, maar wat mensen toch niet echt goed lukt. Dat heeft natuurlijk veel te maken met rendement en kosten. Het schijnt dat een leerling van Michael Graetzel, de uitvinder van de organische zonnecel, nu een betaalbare katalysator heeft gevonden om die kunstmatige fotosynthese ook economisch aantrekkelijk(er) te maken. Daarbij wordt energie van een zonnecel gebruikt om CO2 om te zetten in koolmonoxide en zuurstof. Vooralsnog val nog niet te concurreren met aardolieproducten, maar de methode heeft natuurlijk een prë: die ‘verstookt’ het broeikasgas kooldioxide.
In de loop van zo’n twintig jaar hebben onderzoekers katalysatoren gevonden om kooloxide te splitsen terwijl het gas door water borrelt in aanwezigheid van elektrische stroom. Koolmonoxide is dan de uitgangsstof waarmee koolwaterstoffen gesynthetiseerd kunnen worden.
Koperoxide schijnt vrij aardig te werken. Het schijnt echter een probleem te zijn dat die kat(alysator) meer water splitst dan CO2. Daardoor ontstaat moleculair waterstof en dat schijnt Graetzel niet te bevallen. Inderdaad kun je meer energie opslaan in organisch verbindingen dan in waterstof.
Vorig jaar bekeek Graetzels leerling Marcel Schreier eens hoe de koperkat werkt. Hij bracht een laag koperoxide aan op een tinoxide-elektrode die voor de aanvoer van de elektronen zorgt in een bekerglas met water waarin kooldioxide zit opgelost. Het bleek dat er dan vrijwel alleen CO2 werd gesplitst. Graetzel: “Het was een toevalstreffer.”
Volgens hem zorgt het tin er voor dat de delen van de kat die water splitsen worden gedeactiveerd. Bijna alle stroom wordt gebruikt om CO2 te splitsen.
Gewapend met dat inzicht probeerden de onderzoekers de kat tot spoed aan te manen. Dat deden ze door de elektrode van zeer dunne koperdraden te maken die een groot actief reactieoppervlak hebben. Die draden werden bedekt met een laagje tin, slechts een atoom dik.
90% omzetting
In de nieuwe opzet werd 90% van de kooldioxide omgezet in koolmonoxide. Graetzel en Schreier koppelden hun kooldioxidesplitser met een zonnecel met een rendement van 13,4% (13,4% van het opgevangen zonlicht werd omgezet chemische energie). Dat is een beter fotosynthetisch rendement dan planten voor elkaar krijgen. Die komen niet verder dan zo’m 1%.
Volgens chemicus Nathan Lewis van Caltech in Pasadena (VS) komt dit resultaat mee op de golven van andere ontwikkelingen op dit gebied. “We gaan vooruit.” Voorlopig zijn we echter nog niet in de buurt van die van aardolieproducten, maar duurzame energie rijst de pan uit en het zou wel eens zo kunnen worden dat je in tijden van een overmatige energieproductie die overmaat gebruikt om brandstoffen of grondstoffen te ‘kweken’. Ergens moet het beginnen.
Overigens lijkt er in Finland een soortgelijk project te lopen (“enig in zijn soort”), maar dat lijkt meer in de prototypefase te zitten.
Bron: Science