Goedkoop materiaal helpt bij de omzetting van kooldioxide in een nuttige grondstof

Het broeikasgas CO2 is met behulp van een goedkoop materiaal om te zetten in koolmonoxide, een voor de chemische industrie belangrijke grondstof. Het materiaal werkt als een zogeheten katalysator, een stof die een chemische reactie kan versnellen zonder zelf gebruikt te worden. Dat meldt een groep chemici deze donderdag in Science.

De omzetting van CO2 in koolmonoxide (CO) op industriële schaal vormt een van de stappen in de energietransitie, zegt Petra de Jongh, hoogleraar katalyse en materialen voor duurzame energie aan de Universiteit Utrecht, en niet betrokken bij de studie. Om de opwarming van het klimaat te stoppen moet de mens af van het gebruik van fossiele brandstoffen. „Daarom worden wind- en zonne-energie sterk uitgebreid, voor de productie van groene elektriciteit”, zegt De Jongh. Ook de grootschalige productie van waterstof, met behulp van groene elektriciteit, vormt een belangrijke stap in de transitie. En vervolgens is het van belang om (bij fabrieken afgevangen) CO2 te kunnen omzetten in CO. „Koolmonoxide wordt nu al door de industrie gebruikt om, in reactie met waterstof, langere koolstofketens te vormen die vervolgens dienen als brandstof”, zegt De Jongh, die drie weken geleden een Europese ERC-subsidie van 3,5 miljoen euro heeft ontvangen, om katalysatoren te ontwikkelen die CO2 en waterstof efficiënt kunnen omzetten in duurzame brandstoffen.

„We blijven brandstoffen op basis van koolstof nodig hebben”, zegt De Jongh. Het verschil volgens haar met fossiele brandstoffen is dat de keten circulair wordt: het idee is om CO2 straks uit de lucht of het water te halen en om te zetten in brandstoffen. Als die worden gebruikt ontstaat CO2, dat je vervolgens weer uit de lucht haalt.

Koolmonoxide vormt daarnaast een grondstof voor de chemische industrie, bijvoorbeeld voor de productie van methanol, dat weer een van de belangrijkste chemische bouwstenen is voor onder meer plastics, verven, harsen en constructiematerialen.

500 uur achter elkaar

In hun nu gepubliceerde artikel beschrijven de chemici het door hen gebruikte materiaal – molybdeencarbide (Mo2C) – als „goedkoop, actief, hoogst selectief en stabiel”. De Jongh onderstreept vooral de laatste twee eigenschappen. Idealiter stuurt een katalysator de omzetting van CO2 op zo’n manier dat alleen maar CO ontstaat. Maar dat was chemici tot nog toe niet gelukt. Bij de omzetting van CO2 bij lagere temperaturen (onder de 600 graden Celsius) zien ze vaak veel methaan (CH4) ontstaan. Dat is bij dit molybdeencarbide niet het geval. De auteurs noemen het daarom „hoogst selectief”. En z’n stabiliteit bewees het materiaal in het laboratorium door 500 uur achter elkaar niks van z’n werking te verliezen.

De auteurs proberen ook te verklaren hoe het molecuul precies werkt, maar doen vooral suggesties. „Ze weten het niet precies. Daarmee lijkt hun vondst vooral een geluksschot”, zegt De Jongh.

Ze heeft ook een kanttekening bij de studie. De omzetting van CO2 in CO vindt plaats bij hoge temperatuur en lage druk. Terwijl veel bestaande industriële processen waarbij CO wordt ingezet, juist bij lage temperatuur en hoge druk werken. De Jongh: „Ze lijken daarmee wat verder van industriële toepassing te zitten.”