Snufje metaal verbetert afvang van CO2

March 27th 2019

Door een kleine dosis metaal zoals zink of nikkel werken materialen voor CO2-afvang uit rookgassen al bij tot 50 oC lagere temperatuur dan normaal, ontdekten onderzoekers van het Nederlandse instituut voor energieonderzoek DIFFER. Wetenschappers Mike Gleeson, Tesfaye Belete en Richard van de Sanden publiceerden hun werk in the Journal of CO2 Utilization.

De vondst van de Nederlandse onderzoekers kan leiden tot efficiëntere processen om CO2 af te vangen uit industriële processen, en tot een langere levensduur van de gebruikte afvangmaterialen. De onderzoekers laten ook zien hoe ze het afgevangen CO2 al tijdens het vrijkomen uit het opslagmateriaal om kunnen zetten naar grondstoffen voor hoogwaardige chemicaliën of zelfs nieuwe brandstoffen. Op die manier werken ze aan een circulaire infrastructuur zonder fossiele grondstoffen.


Onderzoekers Mike Gleeson (l) and Tesfaye Belete (r) in het DIFFER Materials and Surface Science laboratorium - foto: Bram Lamers

Efficiëntere en robuustere afvang van CO2

Het werk van Mike Gleeson, Tesfaye Belete en Richard van de Sanden is goed nieuws voor de afvang van CO2 uit geconcentreerde, industriële uitstoot. Zulke industrie blijft nog lang belangrijk tijdens de energietransitie, maar met CO2-afvang kan het effect op klimaatverandering worden teruggedrongen.

De onderzoekers wisten het veelgebruikte CO2-afvangmateriaal calciumoxide te verbeteren door het te verrijken met kleine hoeveelheden transitiemetalen zoals zink, ijzer, kobalt, nikkel of koper. Die toevoeging zorgde dat het opslagmateriaal het afgevangen CO2 al bij 50 oC lagere temperatuur vrijlaat dan de reguliere 900-950 oC van bestaande technologie. De vondst is daarmee een manier om CO2-afvang energiezuiniger te maken.

De lagere bedrijfstemperatuur is ook goed nieuws voor de levensduur van materialen voor CO2-afvang. Door herhaald opwarmen naar hoge temperatuur sintert het gebruikte calciumoxide, waardoor de open structuur verloren gaat en de opnamecapactiteit daalt.

Natuurkundige Mike Gleeson: "Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de materialen achteruitgaan, dus een lagere werktemperatuur zorgt zeker dat het calciumoxide langer meegaat. We gaan dit testen in vervolgonderzoek. Tipje van de sluier: in eerste experimenten met zink-toevoeging zien we al dat zink in het bijzonder een dramatisch groot effect heeft dat meerdere verhittingscycli in stand blijft."


Opname met scanning elektronenmicroscoop van het CO2-afvangmateriaal CaCO3 met toegevoegd nikkel

Toekomst: schone brandstof uit afgevangen CO2

CO2 efficienter afvangen is waardevol, maar DIFFER's solar fuels-onderzoek mikt op een nog ambitieuzer doel: het afgevangen CO2 samen met behulp van duurzame elektriciteit omzetten in brandstoffen of andere waardevolle chemicaliën.

"Solar fuels bevatten minstens 40 keer méér energie dan hetzelfde gewicht in batterijen", aldus Richard van de Sanden, die leiding geeft aan DIFFER's solar fuels-onderzoek. "Ze zijn daarom ideaal om duurzame energie seizoenenlang op te slaan, maar ook voor transport over lange afstand zoals intercontinentaal vliegverkeer, of om de industrie van fossiele grondstoffen af te helpen."

In hun publicatie laten de onderzoekers zien hoe ze afgevangen CO2 al bij het vrijkomen uit het opslagmateriaal om kunnen zetten in koolmonoxide. Dat is een belangrijke grondstof voor de productie van brandstoffen zoals methaan, diesel of kerosine, maar ook plastics and medicijnen.

"CO2 is te waardevol om zomaar de atmosfeer in te pompen - of om het ondergronds op te slaan", zegt Richard van de Sanden: "We moeten juist over naar een circulaire infrastructuur waar alle uitgestoten CO2 weer wordt gerecyceld tot nieuwe brandstoffen en chemicaliën voor onze economie. Alleen zo kunnen we echt afscheid nemen van fossiele grondstoffen."


Solar Fuels cyclus - credit: DIFFER / Erik Langereis

Over DIFFER

DIFFER is het Nederlandse instituut voor funderend energieonderzoek en een van de negen onderzoeksinstituten van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek NWO. Het instituut voert cross-disciplinair onderzoek uit aan materialen, processen en systemen voor een wereldwijde duurzame energieinfrastructuur. DIFFER werkt nauw samen met (inter)nationale onderzoekers in de academische wereld en bij bedrijven. DIFFER's onderzoek richt zich op zowel de omzetting en opslag van duurzame energie in solar fuels, als op het realiseren van schone, veilige en ruim voorradige energie uit kernfusie.