Onderzoekers hebben een nieuwe schaalbare reactor ontwikkeld die CO₂ en hernieuwbare elektriciteit omzet in methaan. Daarmee ontstaat een opvallende route voor langdurige energieopslag via bestaande gasnetwerken.
Onderzoekers van Pennsylvania State University hebben een reactor ontwikkeld die koolstofdioxide niet alleen afvangt, maar ook direct omzet in bruikbaar aardgas. Het systeem gebruikt elektriciteit uit zon en wind om water te splitsen, waarna het ontstane waterstof wordt ingezet als grondstof voor micro-organismen die CO₂ omzetten in methaan.
Dat methaan is functioneel gezien hetzelfde gas dat in het huidige aardgasnet circuleert. Daardoor kan het direct worden opgeslagen en vervoerd via bestaande infrastructuur, zonder dat er een volledig nieuw energiesysteem hoeft te worden opgebouwd. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Water Research.
Energie opslaan in gasvorm
De belangrijkste belofte van deze technologie zit niet in de productie van gas zelf, maar in wat het oplost: het opslagprobleem van duurzame energie. Zonne- en windenergie zijn sterk afhankelijk van het weer en het seizoen, terwijl elektriciteitsnetten moeite hebben met langdurige overschotten.
Door overtollige stroom om te zetten in methaan ontstaat een vorm van chemische opslag die weken tot maanden kan worden vastgehouden. In tegenstelling tot batterijen, die vooral geschikt zijn voor korte termijn buffering, kan dit systeem in theorie seizoensoverschotten opslaan en later weer vrijgeven via verbranding of omzetting in elektriciteit.
Microben als sleuteltechnologie
Het hart van de reactor bestaat uit zogeheten methanogene micro-organismen. Deze microben zetten waterstof en CO₂ om in methaan. Het proces lijkt eenvoudig, maar is in de praktijk lastig schaalbaar gebleken.
De onderzoekers gebruiken een “zero-gap”-ontwerp waarbij elektrodes slechts door een dun membraan worden gescheiden. Dit minimaliseert energieverlies en interne weerstand. Daardoor blijft de efficiëntie behouden, zelfs wanneer het systeem aanzienlijk wordt opgeschaald.
Hoge efficiëntie bij grotere schaal
In eerdere systemen daalde de prestatie vaak sterk zodra de reactor groter werd. In dit geval werd het elektrodeoppervlak ongeveer tien keer vergroot zonder merkbaar verlies in rendement.
Bij tests op 30 graden Celsius bereikte het systeem een methaanproductie tot 6,9 liter per liter reactorvolume per dag. De coulombische efficiëntie kwam uit boven 95 procent. Dat betekent dat het systeem vrijwel alle elektrische input omzet in chemische energie. De totale energie-efficiëntie lag rond 45 tot 47 procent, een relatief hoge waarde binnen dit type biologische energieconversie.
Integratie met het gasnet
Een belangrijk onderscheid met eerdere concepten is dat dit systeem expliciet gericht is op integratie met bestaande energie-infrastructuur. In plaats van nieuwe opslagvormen te introduceren, sluit het aan op het huidige gasnet.
Dat maakt het interessant in een energiesysteem waarin elektrificatie snel groeit, maar waar flexibiliteit nog ontbreekt. Met name in regio’s met veel wind- of zonne-energie kan dit een manier zijn om overschotten te verzilveren zonder netcongestie te verergeren.
Als de technologie verder opschaalt, zou ze een rol kunnen spelen in een hybride energiesysteem waarin elektriciteit en gas niet concurreren, maar elkaar aanvullen.
