Een onderzoek dat eigenlijk draaide om waterstofproductie heeft geleid tot een verrassende doorbraak. Amerikaanse wetenschappers ontdekten een nieuwe manier om uit aardgas tegelijkertijd schone waterstof én hoogwaardig grafeenoxide te produceren.
Sommige van de grootste wetenschappelijke doorbraken ontstaan bij toeval. Dat lijkt ook het geval te zijn bij onderzoekers van Texas A&M University (TAMU) in de Verenigde Staten. Tijdens een project dat volledig was gericht op het efficiënter produceren van waterstof, ontdekten zij dat hun proces nog een veel waardevoller product opleverde: hoogwaardig grafeenoxide.
De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications en trekken veel aandacht. Niet alleen vanwege de bijzondere ontdekking, maar ook omdat de techniek twee strategisch belangrijke materialen in één productieproces oplevert.
Waterstof was het doel, grafeen de verrassing
De onderzoekers ontwikkelden een plasmatechniek die methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, met behulp van een niet-thermisch plasma en water omzet in waterstof en grafeenoxide. Het oorspronkelijke doel was om waterstof te produceren. De koolstof die daarbij vrijkwam werd aanvankelijk beschouwd als een onvermijdelijk restproduct.
Pas later ontdekten de onderzoekers dat deze koolstof helemaal geen afval was, maar bestond uit hoogwaardig, enkel-laags grafeenoxide. Volgens universitair hoofddocent David Staack bleek juist dit materiaal uiteindelijk een van de meest waardevolle uitkomsten van het onderzoek.
Dat maakt de ontdekking bijzonder. Grafeenoxide behoort tot de meest veelzijdige nanomaterialen van dit moment en wordt gebruikt in lithium-ionbatterijen, sensoren, coatings, elektronica en geavanceerde composietmaterialen. Ook wordt het steeds vaker onderzocht voor toepassingen in waterzuivering en flexibele elektronica.
Eerste écht schaalbare methode
Vrijwel al het grafeenoxide wordt momenteel geproduceerd uit grafiet, een grondstof waarvan de winning en verwerking gepaard gaan met chemisch intensieve processen. Bovendien zijn veel westerse landen sterk afhankelijk van import, met name uit China. Daardoor groeit wereldwijd de belangstelling voor alternatieve productiemethoden.
De nieuwe techniek pakt het fundamenteel anders aan. In plaats van grafiet af te breken, bouwen de onderzoekers het materiaal direct op uit methaanmoleculen. Volgens het onderzoek is dit bovendien de eerste schaalbare methode waarmee hoogzuiver grafeenoxide onder atmosferische omstandigheden kan worden geproduceerd.
Uit tests blijkt dat het materiaal vergelijkbare eigenschappen heeft als commercieel verkrijgbaar grafeenoxide, waardoor de nieuwe productiemethode in de toekomst mogelijk ook financieel aantrekkelijk wordt.
Lees ook: CO2 wordt omgezet in aardgas voor energieopslag via het gasnet
Interessant voor industrie en klimaat
Hoewel aardgas een fossiele brandstof blijft, bewijst dit onderzoek dat het ook als grondstof voor hoogwaardige materialen kan dienen. Door tijdens één proces zowel waterstof als een waardevol nanomateriaal te produceren, ontstaat een economisch interessanter alternatief dan traditionele productiemethoden.
Voordat de techniek commercieel wordt toegepast, zullen opschaling en kostprijs nog uitgebreid moeten worden onderzocht. Toch laat deze toevallige ontdekking zien hoe fundamenteel onderzoek soms onverwacht kan uitgroeien tot een innovatie die zowel de chemische industrie als de energietransitie een nieuwe richting geeft.
