Als zonlicht brandstof wordt

Om zijn CO₂-uitstoot naar nul te herleiden heeft de chemiesector nog veel werk. Een Belgisch- Nederlandse doorbraak hoopt een deel van de oplossing aan te reiken. Met behulp van de zon. 

Professor Pascal Buskens van Nederlandse Organisatie voor toegepast natuurwetenschappelijk onderzoek (TNO) en de Belgische onderzoekers Marlies Van Bael en Ken Elen van Universiteit Hasselt ontdekten een manier om zonlicht rechtstreeks te gebruiken als ‘brandstof’ voor het aandrijven van chemische processen, via een minuscule versie van een nieuw soort chemische reactor.

Daarvoor gebruiken de wetenschappers een in Hasselt ontwikkeld materiaal als katalysator. Dat bestaat uit piepkleine metalen deeltjes, 10.000 keer kleiner dan de dikte van een mensenhaar, die in de kanaaltjes van de reactor worden ingebracht. Ze vangen het zonlicht op en zetten dat buitengewoon efficiënt om in de energie die nodig is om een bepaald chemisch proces in gang te zetten. De onderzoekers slaagden er zo al in om vervuilende CO₂ te converteren in zowel de brandstof methaan als synthesegas, een nuttige bouwsteen voor veel chemische toepassingen.

De onderzoekers slaagden erin om het broeikasgas CO2 te converteren in zowel de brandstof methaan als synthesegas, een nuttige bouwsteen voor veel chemische toepassingen.

‘Dat zijn processen die vandaag al bestaan, zegt professor Marlies Van Bael. ‘Maar in de bestaande procedures moet je de kathalysatordeeltjes met fossiele brandstof verwarmen tot een bijzonder hoge temperatuur: bijvoorbeeld 350 °C. Dit nieuwe procedé laat toe hetzelfde te doen zonder die tussenstap, aan een lage temperatuur en met zonlicht als duurzame energiebron.’

Een soort soep

‘Bijkomend nadeel van de bestaande chemische processen met opwarming is dat je nadien nog een complexe ingreep moet doen om de stoffen die je eigenlijk wil bekomen uit een soort soep te vissen’, zegt Buskens. ‘Als je dat proces efficiënter en selectiever kan maken door aan een lagere temperatuur te werken, kan dat economisch interessant worden.’
De onderzoekers zien in hun ontdekking in de eerste plaats een doorbraak voor de vergroening van de chemische industrie. ‘Als het over gezinnen gaat, weet iedereen min of meer welke kant we op moeten als het op reductie van de CO₂-uitstoot aankomt’, zegt Buskens. ‘We isoleren onze huizen beter, leggen zonnepanelen op het dak, noem maar op. Maar voor de chemische industrie is dat pad minder vanzelfsprekend.’
‘De CO₂-kant van het verhaal is dus erg belangrijk’, zegt Ken Elen. ‘We weten intussen genoeg van de klimaatverandering om te kunnen zeggen dat een reductie van de uitstoot niet zal volstaan om het tij te keren. Ook in de chemiesector moet de uitstoot naar nul, en je zal dus manieren moeten vinden om CO₂ te reduceren. Dit proces kan een deel van de puzzel zijn om de chemische industrie op die weg te zetten.’

Fijnchemie en farma

Tegelijk durven de onderzoekers al breder te dromen dan louter het valoriseren van CO₂. ‘Omdat ons proces toelaat heel selectief en precies te werken is het in theorie ook mogelijk bepaalde toepassingen in de fijnchemie of de farma op termijn te vervangen’, zegt Buskens. ‘De technologie is breed inzetbaar. Maar om ze te kunnen opschalen moeten we nog heel wat stappen zetten.’

TNO en UHasselt hebben met behulp van externe partners onder de naam Project Lumen een minifabriek op labschaal ontwikkeld, waar het proces verder kan worden getest

De eerste stap op die lange weg is gezet. TNO en UHasselt hebben met behulp van externe partners een minifabriek op labschaal ontwikkeld, waar het proces verder kan worden getest. Dat Project Lumen moet niet alleen bijkomende kennis opleveren, maar ook data om een techno-economische analyse te maken.
Buskens: ‘Het pad van het vroegste academisch onderzoek tot de uiteindelijke commercialisatie wordt op een zogenaamde TRL-schaal van één tot negen weergegeven. Vandaag zitten we aan drie of vier. Na Project Lumen, over een jaar of twee, drie, hopen we aan vijf of zes te geraken.’

Weg met schoorstenen

De technologie is dus niet voor morgen. Maar Buskens maakt zich sterk dat ze in een of andere vorm de eindmeet haalt. ‘Er is zo’n breed scala aan toepassingen mogelijk dat ik de kans onbestaande acht dat we binnen afzienbare tijd niets in de chemiesector rechtstreeks met zonlicht aandrijven.’ Het toekomstbeeld spreekt tot de verbeelding. Als de technologie schaalbaar blijkt, kan die het uitzicht van de chemische industrie overhoopgooien. Enorme vaten en rokende schoorstenen die worden vervangen door velden met glazen platen met kleine kanaaltjes in, die simpelweg het zonlicht vangen. De onderzoekers glimlachen bij de gedachte. ‘We hebben nog wat werk voor de boeg om daar uit te komen.’

 Dit is gepubliceerd in een wetenschappelijke artikel van prof. dr. Pascal Buskens (TNO en Universiteit Hasselt), prof. dr. Marlies Van Bael (Universiteit Hasselt) en hun medewerkers. Lees het artikel in ACS Omega hier.