Algemeen
omzetting kooldioxide in aardgas
Kobalt bevattende katalysator voor het omzetten van kooldioxide in methaan (foto's: Andreas Battenberg / TU München)

Op sommige dagen zijn de weersomstandigheden zodanig dat zonnecellen en/of windturbines geen energie leveren. Maar er zijn ook dagen, waarbij duurzame energiebronnen moeten worden uitgeschakeld omdat teveel elektriciteit wordt opgewekt. Het project iC4 heeft tot taak om de al honderd jaren bekende omvorming van kooldioxide in aardgas zodanig te optimaliseren, dat deze als opslagtechnologie kan concurreren.

Het veelbesproken broeikasgas kooldioxide zou een belangrijk onderdeel kunnen worden van de energie-revolutie. Onderzoekers van Technische Universität München (TUM), Wacker Chemie en Clariant ontwikkelen samen efficiënte katalysatoren voor de omzetting van kooldioxide (CO2) in methaan (CH4). De daarvoor benodigde waterstof wordt door elektrolyse van water met het overschot aan elektriciteit gewonnen.

In het kader van het door het Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gesubsidieerde project integrated Carbon Capture, Conversion and Cycling (iC4) testten de wetenschappers meer dan 250 verschillende katalysatorsystemen, waaronder zowel bestaande als nieuw ontwikkelde soorten. Veelbelovende kandidaten worden verder geoptimaliseerd. In de proefinstallatie van MAN Diesel & Turbo SE in Deggendorf haalden de eerste katalysatoren met rendementen tussen 92% en 95% genoeg methaan om het gas in te voeren in het bestaande aardgasnet.

Bij de onderzoekers van het project gaat het vooral om het onderzoek naar het precieze verloop van de omzetting en de reacties aan de oppervlakken van de katalysatoren. Deze kennis is de sleutel voor economische methaanproductie op grote schaal.

Energie-opslag

De mensheid kan nooit genoeg batterijen produceren of pompopslagcentrales bouwen om de in de toekomst te verwachten verschillen tussen elektriciteitsproductie en elektriciteitsverbruik te compenseren. Volgens de onderzoekers de enige weg om grote hoeveelheden energie op te slaan leidt naar de chemische opslag.

kooldioxide omzetten
Reactor voor het gebruik van CO2 voor halffabrikaten voor kunststoffen

De onderzoekers zien methaan als vorm van opslag bijzonder waardevol. West-Europa beschikt over een groot leidingnetwerk voor aardgas en een opslagcapaciteit die zelfs een elektriciteitsproductie-uitval van meerdere weken kan overbruggen. Bovendien hebben we inmiddels een tiental jaren ervaring met het gebruik van aardgas als brandstof voor auto’s.

De grondstof van de reactie, kooldioxide, is in grote hoeveelheden beschikbaar. Natuurlijk aardgas bevat behalve energiedrager methaan ook tot 10% kooldioxide. Biogasinstallaties produceren behalve methaan kooldioxide, tot wel 50%. De grootste kooldioxidebronnen zijn elektriciteitscentrales die kolen, olie of gas verbranden. Ook bij energievretende processen als cement- en metaalproductie komt veel CO2 vrij.

Grootschalige omzetting

De zuiverheid van kooldioxide voor gebruik uit deze kooldioxidebronnen vormt wel een uitdaging. Rookgassen bevatten agressief zwaveldioxide en biogas bevat eveneens zwavelverbindingen. De optimale katalysator zou voor deze storende substanties ongevoelig moeten zijn, zodat de kosten voor de reiniging van kooldioxide laag blijven.

De wetenschappers van de TU München zochten robuuste en nog actievere katalysatorsystemen om de wisselwerkingen van verschillende katalytisch actieve metalen en dragermaterialen te onderzoeken. Ook onderzochten ze de invloed van verschillende preparatiemethoden op de stabiliteit en activiteit.

Een andere uitdaging vormde de meertraps, veel energie leverende reactie zelf op. Er bestaan demonstratie-installaties voor methaanproductie, maar de kinematica van de reacties en de verschillende deelreacties zijn nog niet volledig duidelijk. Een belangrijk doel van het onderzoek is daarom ook de theoretische modellering van de reacties op de computer. Voor de ontwikkeling van efficiënte grote installaties vormen deze modelberekeningen een belangrijke basis.

Gezamenlijk project

Het gezamenlijke project voor het gebruik van kooldioxide als energie-opslag stoelt op vier zuilen: afsplitsing van kooldioxide uit aardgas en biogas, afsplitsing van kooldioxide uit rookgassen (elektrische centrales, cementindustrie, metaalindustrie,….), katalytische omzetting van kooldioxide in methaan en het directe gebruik van kooldioxide door foto-katalyse.

Met ondernemingen als Clariant, e.on, Linde, MAN Diesel & Turbo SE, Siemens, Wacker Chemie en het Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) en de TU München beschikt het iC4-consortium over alle competenties voor alle noodzakelijke stappen.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven