Rijkert Knoppers
Het omzetten van CO2 in een brandstof kost veel energie. Wetenschappers van het Amerikaanse Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) zijn er nu echter in geslaagd om met een fotovoltaïsch, elektrochemisch systeem uit koolstofdioxide ethanol en ethyleen te produceren met een veel hoger rendement dan met eerdere processen.
‘Het reduceren van CO2 naar een eindproduct van koolwaterstof, zoals ethanol of ethyleen, vraagt in de gangbare processen van begin tot eind om een voltage van 5 V’, verduidelijkt onderzoeksleider J.A. Gurudayal. ‘Ons systeem reduceert dit voltage met de helft, terwijl de selectiviteit van de producten behouden blijft.’ De onderzoekers wisten de energiebesparing te realiseren door elk onderdeel van het proces te optimaliseren. Zo is er binnen de elektrolysecel een nanogestructureerde kathode van koper en zilver gebruikt, die de CO2 reduceert tot koolwaterstoffen en zuurstofhoudende stoffen.
Een ander nieuw component dat de onderzoekers ontwikkelden was een nanobuis-anode van iridiumoxide, die het water oxideert en zuurstof produceert. De gebruikte silicium zonnecellen hadden een rendement van 3 tot 4 %, het gebruik van tandem silicium zonnecellen leverde een rendement van 5 % op. ‘Onderzoeksgroepen die aan anodes werken, gebruiken alkaline condities omdat de anodes een omgeving met een hoge pH vereisen, wat niet ideaal is voor de oplosbaarheid van CO2’, aldus Gurudayal. ‘Het is erg moeilijk om een anode te vinden die onder neutrale omstandigheden kan werken.’ Door iridiumoxide nanobuizen te laten groeien op een oppervlak van zinkoxide, lukte het de onderzoekers om een uniform oppervlak te krijgen, dat de chemische reacties stimuleerde.
De studie van het Berkeley Lab, die onlangs is gepubliceerd in het vakblad Energy and Environmental Science, maakt deel uit van het overkoepelend onderzoeksprogramma van het Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP), een Amerikaans overheidsprogramma dat zich concentreert op het produceren van brandstoffen met behulp van zonlicht.
