Zuipen tegen opwarming van het klimaat

Onderzoekers in Tennessee hebben een methode gevonden om CO2 om te toveren in alcohol. Ja, echt, en het is geen hoax. En daar kun je niet alleen zatlappen, maar ook auto’s en elektriciteitscentrales op laten lopen.
Is er een catch, of is dit een mega doorbraak?

Even dacht ik dat het een hoax was, omdat het als té fantastisch goed nieuws klinkt om te kunnen kloppen. Maar het lijkt er alleszins op dat het echt waar is.
Een stel wetenschappers in Tennessee heeft daadwerkelijk ontdekt hoe je op een relatief simpele manier van stroom en CO2 ethanol, oftewel alcohol kunt maken. Dat hadden ze zelf niet eens verwacht.

De onderzoekers van Oak Ridge National Laboratory dachten een hele serie stappen nodig te hebben, maar waren er onverwacht al met de eerste stap. Ze maakten nanospikes, puntjes zo groot als een molecuul, gemaakt van stikstof, koper en koolstof. Daar stuurden ze een stroompje door. Daarmee wisten ze van water en lucht (om precies te zijn, van met CO2 verzadigd water) ethanol te maken. In één enkele chemische reactie, op doodgewone kamertemperatuur.

De efficiëntie van het proces is bovendien zeer hoog: de energie die je er met elektriciteit in stuurt heeft een opbrengst aan ethanol van 63%.

Doorbraak?

Wie alcohol wil drinken kan veel beter hop, wat appels of graan vergisten. Flauwe titel, Grutjes. Maar de enorme doorbraak die dit onderzoek lijkt te zijn is een andere.

Een motor loopt prima op ethanol. Wat de onderzoekers denken te hebben gevonden is een manier om de energie van windmolens of zonne-energie op te slaan in bruikbare brandstof.
En: bij dat proces wordt ook nog eens het broeikasgas CO2 opgeslagen in die brandstof (tot je die weer verstookt).

Je draait als het ware het proces van een verbrandingsmotor om. In plaats van brandstof erin, broeikasgas eruit, stop je er broeikasgas in en komt er brandstof uit.

CO2 neutraal

Je kunt dus op zonnige dagen met schone energie CO2 uit de lucht vangen. Zonder fossiele brandstof te gebruiken, sla je die CO2 op in ethanol. En de ethanol sla je op in een tank. Is het een donkere of windstille dag, dan laat je je elektriciteitscentrale op ethanol lopen. Daar komt natuurlijk CO2 bij vrij, maar niet meer dan je eerst uit de lucht hebt gehaald. In het proces als geheel wordt er dus geen nieuwe CO2 uitgestoten, zoals bij het oppompen van olie of gas wel gebeurt.

Dat leidt tot drie enorme gave toepassingen:

1. Ultieme energieopslag

Er is een groot probleem bij het overstappen op de allerschoonste energievoorziening: zon- en windenergie. En dat is dat de zon niet altijd schijnt en de wind niet altijd waait. Schaalvergroting helpt daarbij, maar toch moet er ook in een voorbeeldland als Duitsland op donkere en windstille dagen flink bijgestookt worden met fossiele brandstoffen.

Je zou de extra energie die je op zonnige en winderige dagen vangt, willen opslaan voor de trage dagen. Maar dat is verrekte lastig.
Opslag in accu’s is enorm duur, en bovendien vervuilend. (Batterijen en accu’s slijten snel en bevatten akelige stoffen)
Sommige mensen verwachten veel van opslag van energie in waterstof, maar dat is een gas. Het heeft daardoor een enorm onpraktisch volume, waardoor je tanks nodig hebt ter grootte van een kleine stad.

Ethanol heeft die nadelen niet. Het is geen gas, maar vloeistof. Even compact als benzine, en bijna zo energierijk. Ethanol kun je verstoken in een energiecentrale. Zoals gezegd: zonder dat er meer CO2 bij komt, het proces als geheel is CO2 neutraal. Het lijkt de ultieme energieopslag te zijn.

2. Schone auto’s

Eigenlijk bestaat er al een schone auto. De waterstofauto. Alleen, die heeft hetzelfde nadeel als opslag van waterstof voor elektriciteitscentrales. Je hebt enorme tanks nodig, zo groot dat ze eigenlijk niet in een auto passen. Ethanol heeft dat nadeel niet.

Een verbrandingsmotor zoals in een auto zit, loopt met een kleine aanpassing prima op ethanol. Sterker nog, nu zit er al 10% ethanol in de benzine uit de pomp.
In Brazilië lopen al veel auto’s helemaal op bio-ethanol. Dat geeft echter nog steeds vervuiling, omdat die ethanol via vergisting tot stand komt. Er zitten door de vergisting ook andere stoffen in.
Bij een chemische reactie zoals in het onderzoek van Oak Ridge, is die vervuiling er niet. Verstook je de pure ethanol in je auto, dan krijg je geen vieze uitlaatgassen, maar pure koolstofdioxide en water. En ja, CO2 is een broeikasgas, maar zoals we eerder al zagen: bij productie van ethanol uit lucht met schone energie, komt er geen nieuwe CO2 in de natuur terecht. Het proces is CO2 neutraal. Steden worden weer schoon, en niemand moet hoesten terwijl hij achter een scooter op het stoplicht wacht.
Ook niet onbelangrijk: het scheelt enorm veel landbouwgrond die nu voor de productie van bio-ethanol wordt gebruikt.

3. Bestrijden klimaatopwarming

De meest vergezochte toepassing is dit: Opslag van broeikasgas, en zo dus direct de opwarming van het klimaat bestrijden.

In theorie kun je het ethanol-procedé aan willekeurig welke zonnecel of windmolen koppelen. Zelfstandig haalt het apparaat CO2 uit de lucht, en slaat die op in ethanol.

Niemand zegt dat je die ethanol weer moet opstoken in een auto of centrale. Je kunt haar ook gewoon met rust laten. Opslaan. In de lege olie- en gasvelden bijvoorbeeld. Zo stoppen we de CO2 terug in de aarde waar we ze uit hebben gehaald.

Hoe zit het eigenlijk met de andere benodigdheden in het procedé? Komen daar nog dure materialen of smerige uitstoot bij kijken? Nee, eigenlijk niet.
De materialen voor de nanodeeltjes komen op grote schaal voor, water al helemaal. Vervuilende producten zijn er in principe niet, behalve na verloop van tijd een heel klein beetje (nanohoeveelheid) koper. De slijtage van de nanodeeltjes is overigens bijzonder laag, bleek in het experiment: de gebruikte nanospikes zijn erg stabiel. Wel is het zo dat men nog meer wil testen met andere elektrolyten. Omdat die nu nog niet bekend zijn is er over eventuele gevolgen voor vervuiling nu nog niets te zeggen.

Wonderen zijn zelden waar

Is het allemaal echt zo mooi? Hebben we het milieuprobleem zojuist opgelost?

Nee, zo mooi is het niet.
Ik ben geen energiedeskundige of chemicus, dus heb ik vrienden om hulp gevraagd. Met een chemicus en twee energiedeskundigen (dankjewel nog!) kwamen we op de volgende eerste reacties en vraagtekens. En wellicht zijn er nog meer te bedenken (laat van je horen in de comments!)

Geen gebakken lucht

De belangrijkste hobbel is dit: de onderzoekers gebruikten in het experiment niet doodgewone lucht, maar “met CO2 verzadigd water.” Hoe ze de CO2 met water hebben gemixt, staat er niet bij. Een snelle zoektocht leert: de meest gebruikte manier om water met CO2 te verzadigen, is om op zeer lage temperatuur onder druk CO2 door water heen te laten bubbelen. Alleen: de onderzoekers vinden het nu juist zo belangrijk om te melden dat ze op gewone kamertemperatuur hebben gewerkt (dat kost immers geen extra energie voor koeling of verhitting). Dus hoe hebben ze het dan gedaan? En is er een betere methode?
Iedereen kan zich iets voorstellen met een uitlaatpijp die je op een waterbak aansluit. Maar het allermooiste zou toch zijn als je daadwerkelijk CO2 uit gewone lucht kunt vangen. En is er een methode om CO2 uit de lucht in water te mixen, waarbij je niet opnieuw fossiele brandstoffen hoeft in te zetten?

There’s no silver bullet

Heel belangrijk in het milieudebat: er bestaat geen technische totaaloplossing. Het is niet zo dat als we nu maar die éne techniek invoeren, al onze problemen voorbij zijn. Nee, we zullen gewoon echt moeten gaan krimpen in plaats van groeien. En we hebben een mix nodig van een flink aantal technieken om met zijn allen te overleven.
Dit zou daar evengoed wel een belangrijke rol in kunnen spelen, zeker met een goede oplossing voor het lucht-naar-water probleem van hierboven.

Meer vragen

Er zijn nog veel vragen te stellen.
– Kunnen anderen de onderzoeksresultaten herhalen?
– Is die 63% rendement nog op te krikken? (Ja, zeggen de onderzoekers zelf, 70% moet zeker lukken)
– Kunnen we het op industriële schaal toepassen?
– En gaat er dan weer één of andere klojo fossiele brandstoffen gebruiken om ethanol mee te produceren, of idioter nog, kolencentrales verdedigen omdat we de CO2 nu toch kunnen afvangen? (Ze staan al in de rij, VVD, Essent, name the lot)

Overigens, laat je door die vragen niet uit het veld slaan. Dit is echt fundamentele wetenschapsbeoefening. Dat is iets anders dan toegepaste wetenschap. Het gaat er aan vooraf, en het is normaal dat als je iets vindt op fundamenteel niveau, je daarna nog veel onderzoek moet doen voor je het werkelijk ergens voor kunt gebruiken.

Hoop

Toch, sommigen van ons hadden zelfs een beetje twijfel of Grutjes hier wel over moest schrijven. Een mooie quote van Reint Jan Renes, lector Crossmediale Communicatie in het Publieke Domein aan de hogeschool Utrecht:

“Onderzoek van de universiteit Amsterdam toont aan dat te optimistische verwachtingen over technologische vooruitgang een negatieve invloed heeft op klimaatvriendelijk gedrag, terwijl gezonde twijfel juist motiveert. Het laatste waar we dus op zitten te wachten zijn sprookjes over onbewezen technologieën.”

Toch vond ik het belangrijk dat dit nieuws ook in het Nederlandse taalgebied bekend wordt. Want ja, het is waar, overdreven optimistische verwachtingen van technologie zorgen voor lamlendigheid. Maar wat mensen ook lam slaat, is wanhoop. Heel veel mensen doen maar weinig met milieu omdat ze denken dat het toch geen zin meer heeft. Ze willen er zelfs niet over denken of praten, omdat ze zich niet wanhopig willen voelen. De belangen van grote industrieën zijn te groot, de opwarming is al te ver gevorderd, en het effect van het handelen van één individu lijkt te klein.

Het probleem is natuurlijk juist níet dat jouw handelen als individu zo weinig invloed heeft, maar dat iedereen zich achter de verantwoordelijkheid van een ander verschuilt. Terwijl je daadwerkelijk dingen kunt doen die zin hebben, om te beginnen zoiets kleins als grijze of nep-groene sjoemelstroom opzeggen, en overstappen op écht groene stroom.

Hoop is dus belangrijk. En ook al is dit onderzoek zeker nog niet klaar voor onmiddellijke toepassing op industriële schaal, ook al verdwijnen de klimaatproblemen niet bij toverslag; het is een serieus onderzoek met een onverwachte en veelbelovende uitkomst.

Om nog even te highlighten wat hier nu precies zo hoopvol aan is: het rendement en de materialen. Dat je op kamertemperatuur stroom door water stuurt en dan (nu al, in dit experimentele stadium!) een opbrengst van 63% hebt, is echt enorm veel.
Bij de productie van waterstof via elektrolyse haal je bijvoorbeeld vaak maar een rendement van 45%, en daar moet je dan peperduur platina bij gebruiken bij gekke temperaturen, én dan heb je ook nog eens te maken met een enorm, moeilijk op te slaan volume aan het gas waterstof.

Water, CO2, koolstof en een pietsje koper die zich omzetten in direct bruikbare brandstof…
Dat is echt hoopvol!

 

Nu moeten we nog wel gaan bedenken hoe we om willen gaan met mensen die die tijdens het tanken ineens zelf aan de benzineslang gaan lurken…

 

Tekst en foto: © Bas Thijs

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *