Wetenschappers van de Amerikaanse Harvard University gebruiken zonnestroom voor het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Ze plakken er echter nog een stap aan vast: bacteriën die CO2 uit de lucht halen en dat combineren met de waterstof tot koolwaterstoffen. Meest bijzondere is de ongekend hoge efficiëntie waarmee dit proces verloopt: 10 %, oftewel hoger dan de natuur het kan.
Het is een soort heilige graal: het nabootsen van fotosynthese, het proces waarmee planten in de natuur de energie uit zonlicht opslaan in suikers. Wetenschappers proberen al jaren om op basis van dit principe biobrandstoffen te maken met behulp van CO2 uit de lucht. Je slaat daar namelijk twee vliegen in één klap mee: je haalt het broeikasgas CO2 uit de lucht en doet er ook nog iets nuttigs mee.
Kunstmatig blad
Een van de groepen die vooroplopen, is die van chemicus Daniel Nocera aan de Harvard University. Al in 2011 slaagde hij erin om een kunstmatig blad te maken dat met de energie uit zonlicht water splitst in zuurstof en waterstof (pdf-bestand). Die waterstof kun je later weer in een brandstofcel stoppen, die er elektriciteit van maakt. Op die manier is waterstof een energiedrager, waar sterk behoefte aan is in een duurzame samenleving. Immers, het aanbod van zonnestroom fluctueert sterk.
Biobrandstoffen
Het nadeel van waterstof is dat de energiedichtheid niet zo hoog is. Om er wat aan te hebben moet je het dus opslaan onder hoge druk. Voor de opslag van energie zou het nog beter zijn als je waterstof aan koolstof zou kunnen knopen; je maakt dan koolwaterstoffen, ofwel biobrandstoffen. Daarin slaagden Nocera en collega’s vorig jaar, toen ze een hybride systeem presenteerden waarin bacteriën waterstof combineren met CO2 uit de lucht tot isopropanol, een alcohol.
Dat was weliswaar een doorbraak, maar wel een met haken en ogen. Voor het splitsen van het water werd namelijk een katalysator gebruikt, van nikkel. Die reactie bracht ook hoogreactieve zuurstofmoleculen voort, die de bacteriën om zeep hielpen. Daarom gingen de Amerikanen op zoek naar een beter werkende katalysator.
Hoge efficiëntie
Die hebben ze nu gevonden, melden ze in het tijdschrift Science. De nieuwe katalysator is gemaakt van een legering van kobalt en fosfor, en brengt geen agressieve zuurstofmoleculen voort. Wel zorgt de katalysator (te zien op de microscoopopname boven dit artikel) voor een hoge efficiëntie van het systeem van 10 %; dus een tiende van de energie in het zonlicht wordt omgezet in biobrandstof. De Amerikanen maakten naast isopropanol nu ook isobutanol, isopentanol en PHB, een bouwsteen voor bioplastic.
'Belangrijke stap'
‘Ik ben onder de indruk van dit werk. Het laat zien dat een hoge efficiëntie mogelijk is bij de omzetting van zonlicht in brandstof. Dit is een belangrijke stap’, liet een onafhankelijke expert de nieuwswebsite van Science weten.
Medeauteur Nocera waarschuwt dat de ontwikkelde methode niet snel op prijs zal kunnen concurreren met het uit de grond halen van olie. Hij ziet wel mogelijkheden voor toepassing in armere landen, die soms geen toegang hebben tot fossiele brandstoffen of chemische stoffen, door het ontbreken van infrastructuur.
Openingsfoto: microscoopopname van de nieuwe katalysator, gebaseerd op kobalt en fosfor. Bron: Chong Liu.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.