Wetenschappers hebben een opvallende methode ontwikkeld om methaan direct om te zetten in waardevolle brandstoffen zoals methanol. De sleutel: een plasmareactor in glazen buizen waarin letterlijk ‘bliksem’ wordt nagebootst.
Onderzoekers van Northwestern University hebben een methode ontwikkeld waarmee ze methaan in een waterreactor met elektrische plasmaflitsen direct omzetten in brandstof. In de glazen buizen van de reactor ontstaan onder hoogspanning korte, bliksemachtige ontladingen die het gas chemisch laten reageren zonder de extreme temperaturen en drukken die normaal in de industrie nodig zijn.
Daardoor kan de methode methaan in de toekomst eenvoudiger en schoner omzetten in bruikbare brandstoffen en chemicaliën. De studie werd gepubliceerd in Journal of the American Chemical Society.
Bliksem in een reactor
In het hart van de nieuwe methode zit een zogenoemde plasma-bubble-reactor. Dat is een met water gevulde opstelling waarin een poreuze glazen buis is geplaatst, voorzien van een katalytische coating van koperoxide. Door deze buis leidt het systeem methaangas, terwijl het elektrische pulsen op de reactor zet.
Op dat moment verandert het gas in een plasma: een extreem energierijke toestand waarin elektronen loskomen van hun atomen en een soep van zeer reactieve deeltjes ontstaat. Die deeltjes zijn zo reactief dat ze vrijwel onmiddellijk nieuwe chemische bindingen aangaan. De omzetting gebeurt direct in één stap, zonder hoge temperaturen. De werking van de reactor is zo bijzonder dat de onderzoekers zelf spreken van een kunstmatige onweersbui in het lab:
“We gebruiken pulsen van hoogspanning. Als de spanning hoog genoeg is, ontstaan er bliksemontladingen in onze reactor, zoals tijdens een zomeronweersbui. Zo benutten we die chemie om de bindingen in methaan te breken zonder het hele systeem te verhitten tot extreme temperaturen,” zegt onderzoeker Dayne Swearer van Northwestern University.
Methanol in plaats van CO2
Een van de belangrijkste producten van het proces is methanol: een veelgebruikte industriële grondstof die onder meer wordt ingezet voor plastics, coatings, oplosmiddelen en brandstoffen. In tegenstelling tot de huidige industriële route, die methaan via meerdere energie-intensieve stappen omzet, gebeurt dit proces direct in de reactor.
Misschien nog belangrijker is wat er níet gebeurt. Traditionele processen stoten vaak veel CO₂ uit doordat ze methaan eerst verbranden of oxideren. In de plasmareactor voorkomt de methode dat, omdat de reactie bij lage temperatuur plaatsvindt en het water in de reactor het proces snel stopt.
Ook waterstof en plastics uit hetzelfde proces
Naast methanol ontstaan er ook andere waardevolle producten. Zo vormt het proces ethyleen, een belangrijke bouwsteen voor kunststoffen, en komt er waterstof vrij, een energiedrager die vaak wordt gezien als sleutel in toekomstige energiesystemen.
Dat maakt de technologie interessant vanuit een breder perspectief dan alleen brandstofproductie. In plaats van één eindproduct levert het systeem meerdere waardevolle chemische bouwstenen tegelijk op uit één grondstof: methaan.
Duidelijk potentieel
Hoewel de technologie nog in een laboratoriumfase zit, zien de onderzoekers duidelijke toepassingsmogelijkheden. Eén van de meest besproken scenario’s is het inzetten van compacte reactoren op locaties waar methaan ontsnapt, zoals lekkende gasbronnen of infrastructuur.
In plaats van methaan te verbranden en CO₂ uit te stoten, kan de methode het ter plekke omzetten in een vloeibare, transporteerbare brandstof. Dat maakt het niet alleen een chemische innovatie, maar mogelijk ook een nieuwe manier om methaanemissies aan te pakken.
Van afvalgas naar energiebron
De onderzoekers werken nu verder aan het opschalen van het systeem en het verbeteren van de scheiding van methanol uit het water. Dat is essentieel om het proces industrieel toepasbaar te maken.
Als dat lukt, kan een van de meest problematische broeikasgassen tegelijk een grondstof worden voor brandstoffen en chemische producten. Een onverwachte verschuiving waarbij “afvalgas” mogelijk verandert in een lokale energiebron.
