ERC Starting Grant voor CO2-recycling in chemische industrie
Grote concentraties carbondioxide (CO2) omzetten in producten voor de chemische industrie. Dat is wat Tom Burdyny, ontvanger van een ERC Starting Grant, wil bereiken. De techniek die dit mogelijk zou kunnen maken heet elektrolyse, een proces dat nieuwe chemische verbindingen maakt met behulp van elektriciteit.
CO2 in de chemische industrie
De chemische industrie gebruikt miljoenen tonnen aan fossiele brandstoffen voor het omzetten van olie en gas in alledaagse spullen zoals plastic, cosmetica en kunsthars. De waterstof in olie en gas levert een energiebron voor deze reactie. De koolstofatomen voorzien de reactie van de bouwstenen voor deze producten. Als gevolg van deze reacties stoot de chemische industrie enorme hoeveelheden CO2 en andere broeikasgassen uit, ofwel als bijproduct, of wanneer deze producten aan het einde van hun leven komen. Door middel van elektrolyse is Burdyny in staat CO2 te laten reageren met water, om zo bouwstenen van soortgelijke producten te maken. Dit proces biedt een duurzaam alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen in de grootschalige chemische industrie.
CO2-reductie door elektriciteit heeft de afgelopen jaren enorme vooruitgangen geboekt. Met deze beurs wil ik ideeën op tafel leggen die kunnen leiden tot ingrijpende veranderingen in de status quo, in de hoop anderen te inspireren hetzelfde te doen.
Energietransitie
“Er zijn maar een paar technologieën die CO2 kunnen omzetten in bruikbare brandstoffen en chemicaliën op zo’n grote schaal”, zegt Burdyny. “Dit zijn onder andere de omzetting van biomassa, waterelektrolyse samen met traditionele chemische technieken en CO2-elektrolyse. Terwijl de eerste twee al op grote schaal worden toegepast, zijn we pas recent begonnen met verkennen hoe we CO2-elektrolyse buiten universiteiten kunnen toepassen. Verder onderzoek naar deze technologie is essentieel om te bepalen of het nuttig zal zijn voor de maatschappij in de aankomende energietransitie.
Uniek aan de elektrolysemethode uit Burdyny's lab is de eenvoud ervan. Er zijn slechts twee stoffen voor nodig – CO2 en water (H2O) – om allerlei moleculen te maken. Daarnaast vereist het proces geen dure of zeldzame materialen, in tegenstelling tot moderne alternatieven. Burdyny: “Door deze beurs kan ons lab aanzienlijke vooruitgangen boeken in zowel de toegepaste als fundamentele aspecten van CO2-omzetting bij lage temperatuur, zonder gebruik te maken van essentiële grondstoffen. We focussen ons met name op het maken van nieuwe materialen die selectief verschillende soorten alcoholen kunnen maken met een hoog energiegehalte, direct uit CO2. Het is makkelijk om deze alcoholen te transporteren en te gebruiken om andere moleculen te maken, wat compenseert voor intensieve productieroutes van fossiele brandstoffen.”
Black box
Hoewel het duidelijk is wat erin gaat en wat er weer uitkomt, weten we nog niet wat de mechanismen achter elektrolyse zijn. “Het werkt als een black box, omdat we de belangrijkste onderdelen van het system niet zichtbaar kunnen maken”, legt Burdyny uit. “Verschillende klassieke controle-experimenten en slimme instrumenten zullen ons helpen om een kijkje achter de schermen van het proces te nemen”.
Het onderzoek van Burdyny, beschreven als high-risk, high-gain, kan serieuze toepassingen opleveren voor een duurzamere chemische industrie. Zijn ambitie is duidelijk: “Binnen 5 jaar wil ik de eerste selectieve productie van methanol en ethanol uit CO2 rapporteren. Deze stoffen kunnen vervolgens als basismoleculen dienen voor de latere omzetting in producten voor de koolstofmarkt, die per jaar miljarden tonnen CO2 omzet.”
