Wetenschappers worden steeds beter in het opvangen en omzetten van CO2 in bruikbare producten. Onderzoekers van de Rutgers Universiteit hebben op dit gebied een veelbelovende doorbraak gemaakt. De nieuw ontdekte methode voor kunstmatige fotosynthese kan kooldioxide omzetten in de bouwstenen voor kunststoffen en andere materialen, met grotere efficiëntie en veel goedkoper dan ooit tevoren.
Het vermogen van natuurlijke planten om slechts een kleine hoeveelheid energie van de zon op te nemen om koolstofdioxide om te zetten in brandstoffen heeft talloze onderzoeken gericht op schone energie geïnspireerd. Het nabootsen van het proces van fotosynthese in door de mens gemaakte apparaten wordt gezien als een heilige graal. We hebben tot nu toe veel veelbelovende experimentele apparaten gezien die fotosynthese gebruiken om brandstoffen te produceren die mensen kunnen gebruiken, zoals methanol, methaan en waterstof.
Er zijn echter nog andere manieren om deze technologieën commercieel haalbaar te maken, waarbij efficiëntie en kosten nauw verbonden zijn met de katalysatormaterialen die worden gebruikt om de chemische reacties te starten. Dit is waar de Rutgers-onderzoekers beweren dat ze een belangrijke stap voorwaarts te hebben gezet. Ze hebben een verzameling katalysatormaterialen gevonden die veelvuldig voorkomen (en dus goedkoop zijn). Daarnaast heeft de katalysator een lage energiebehoeften en de duurzaamheid om lang bestand te zijn tegen chemische reacties.
“De ontdekking van deze katalysator kwam voort uit de inspanningen om de principes van de natuur toe te passen op chemische reacties van industrieel belang”, legt co-auteur Anders Laursen uit. “Deze bio-geïnspireerde benadering heeft de potentie om gebruik te maken van het lage energieverbruik van natuurlijke systemen die zijn geoptimaliseerd door miljoenen jaren evolutie, maar heeft de chemische veerkracht van heterogene katalysatoren geïntroduceerd. Hiermee hebben we de familie van nikkelfosfiden geïdentificeerd als uitstekende kandidaten voor de CO2-reductiereactie en we hebben nieuwe reactoren en analytische hulpmiddelen ontworpen om onze hypothese te verifiëren.”
De vijf nieuwe katalysatoren van het team zijn gemaakt van goedkoop en overvloedig nikkel en fosfor en de methode kan worden aangepast om koolstofatomen van verschillende lengtes te maken met een rendement van meer dan 99 procent. Deze atomen kunnen dan de vorm aannemen van moleculen of lange polymeerketens, waarvan de laatste kunnen dienen als de bouwstenen voor kunststoffen. Dit kan mogelijk de aardolie verdringen die momenteel in dit proces wordt gebruikt.
“Onze doorbraak kan leiden tot de omzetting van koolstofdioxide in waardevolle producten en grondstoffen in de chemische en farmaceutische industrie”, zegt hoofdonderzoeker Charles Dismukes.
Het is moeilijk een kostenplaatje te geven van deze ontwikkelingen en deze te vergelijken met bestaande methoden waar olie wordt gemaakt omdat deze vaak geheim zijn. Ze kunnen enkel de efficiëntie vergelijken en deze lijkt hoog. Dit komt vooral omdat het proces zeer energiezuinig is en er weinig energie verloren gaat bij het proces.
Met patenten in de hand, zal het team nu werken aan de commercialisering van de technologie. Dat houdt in dat ze de onderliggende chemische reactie gaan onderzoeken om te zien hoe deze kan worden aangepast om andere producten te maken, zoals diolen en koolwaterstoffen. Daarnaast gaan ze kijken hoe de technologie kan worden opgeschaald vanuit een laboratoriumomgeving om dagelijks kilo’s nuttige materialen te produceren.
Kopfoto: Een kijkje in het lab aan de Rutgers University, waar wetenschappers goedkope nieuwe katalysatoren hebben ontdekt om CO2 in waardevolle producten om te zetten (Credit: Rutgers University)