Klimaat & energie › Groene waterstof & e-fuels
Zonlicht zet goedkoop biodiesel-afval om in waterstof en dure chemie
Australische onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om glycerol, een goedkoop restproduct van biodieselproductie, met behulp van zonlicht om te zetten in waterstofgas en waardevolle chemicaliën. De techniek, ontwikkeld aan de University of New South Wales, zou de biodieselindustrie duurzamer en winstgevender kunnen maken.
Een goedkoop bijproduct met potentie
Elke ton biodiesel die wordt geproduceerd, levert zo'n honderd kilo glycerol op als restproduct. Die stof is nauwelijks geld waard: ruwe glycerol brengt ongeveer elf dollarcent per kilo op. Onderzoekers van de University of New South Wales (UNSW) in Australië zagen daar een kans. Samen met internationale collega's ontwikkelden ze een proces waarbij zonlicht glycerol omzet in waterstofgas én in chemicaliën die veel meer waard zijn. De techniek heet fotoreforming: lichtenergie drijft een chemische reactie aan die twee dingen tegelijk doet. Het proces vormt waterstof en breekt tegelijk de glycerolmolecuul af tot nuttige bouwstenen. Twee van die bouwstenen, glyceraldehyde en dihydroxyaceton, worden gebruikt in de chemische en farmaceutische industrie. Ze zijn respectievelijk ongeveer 75 en 150 dollar per kilo waard, honderden keren meer dan de ruwe grondstof. "In plaats van een dure grondstof te gebruiken om alleen waterstof te maken, kunnen we met fotoreforming twee nuttige dingen tegelijk doen", zegt onderzoeker Denny Gunawan van UNSW. Volgens hem kan de techniek de biodieselindustrie een extra inkomstenbron geven en tegelijk bijdragen aan de productie van groene waterstof.
Sturen met nikkel en kobalt
De sleutel tot het proces is de katalysator: een stof die de reactie op gang brengt zonder zelf te verbruiken. De onderzoekers gebruikten een fotokatalysator op basis van zink-indium-sulfide, een materiaal dat reageert op zichtbaar licht. Door er heel kleine hoeveelheden nikkel en kobalt aan toe te voegen, steeg de hoeveelheid geproduceerde waterstof ongeveer tien keer. Belangrijker nog: de toevoeging veranderde ook welke chemische route de glycerol volgde. Zonder nikkel en kobalt ontstond vooral hydroxyaceton, een product van beperkte waarde. Met de metalen erbij verschoof de reactie naar de gewildere stoffen glyceraldehyde en dihydroxyaceton. Onder gesimuleerd zonlicht presteerde de katalysator even goed als andere bekende systemen voor zonlicht-gedreven omzetting van glycerol wereldwijd.
Live meekijken met röntgenstraling
Om te begrijpen waarom nikkel en kobalt de reactie zo veranderen, moesten de onderzoekers de katalysator bestuderen terwijl die daadwerkelijk aan het werk was. Dat deden ze bij de Australische Synchrotron, een deeltjesversneller die extreem felle röntgenstraling opwekt. Met röntgenabsorptiespectroscopie (XAS) en een snellere variant daarvan, konden de wetenschappers binnen minder dan een seconde zien hoe de chemische toestand van nikkel- en kobaltatomen veranderde zodra er licht op de katalysator scheen. Zodra het licht uitging, keerden die veranderingen weer om. "Die veranderingen konden we alleen zien door de katalysator continu te volgen, niet door hem voor en na de reactie te bekijken", zegt ANSTO-wetenschapper Bernt Johannessen. Een tweede techniek, infraroodmicrospectroscopie, liet zien welke tussenproducten op het oppervlak van de katalysator ontstonden. Samen gaven de metingen de onderzoekers voor het eerst een gedetailleerd beeld van hoe de twee metalen de reactie sturen. Die kennis moet het mogelijk maken om katalysatoren te ontwerpen die gericht naar de gewenste producten toe werken. Volgens Gunawan is dat de echte doorbraak: niet alleen waterstof maken uit glycerol, maar leren hoe je de koolstof in de rest van het molecuul naar nuttige chemicaliën kunt sturen in plaats van naar afval. De aanpak zou in de toekomst ook toepasbaar kunnen zijn op andere restproducten uit biomassa.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze techniek laat zien hoe restproducten uit de energie-industrie met zonlicht kunnen worden omgezet in zowel schone waterstof als waardevolle grondstoffen voor de chemie. Als de methode op grotere schaal werkt, kan dit biodieselproductie winstgevender maken en bijdragen aan goedkopere groene waterstof, zonder dat daarvoor extra gewassen of fossiele grondstoffen nodig zijn.
- Fotoreforming
- Een chemisch proces waarbij zonlicht wordt gebruikt om tegelijk waterstofgas te produceren en een organische grondstof om te zetten in andere stoffen.
- Glycerol
- Een stroperige, zoetige stof die als bijproduct ontstaat bij de productie van biodiesel uit plantaardige oliën of dierlijke vetten.
- Biodiesel
- Een brandstof die wordt gemaakt uit plantaardige of dierlijke vetten en als alternatief voor diesel uit aardolie wordt gebruikt.
- Fotokatalysator
- Een materiaal dat onder invloed van licht een chemische reactie versnelt of mogelijk maakt, zonder zelf blijvend te veranderen.
- Zink-indium-sulfide
- Het basismateriaal van de gebruikte fotokatalysator, dat reageert op zichtbaar licht.
- Cocatalysator
- Een extra stof, in dit geval nikkel en kobalt, die aan een hoofdkatalysator wordt toegevoegd om de reactie te versnellen of te sturen.
- Synchrotron
- Een grote deeltjesversneller die zeer intense röntgenstraling opwekt, waarmee wetenschappers materialen tot op atomair niveau kunnen bestuderen.
- Röntgenabsorptiespectroscopie (XAS)
- Een meettechniek die met röntgenstraling de chemische toestand van atomen in een materiaal in kaart brengt.
- Infraroodmicrospectroscopie
- Een techniek die met infraroodlicht laat zien welke moleculen zich op een oppervlak bevinden en hoe ze veranderen.
- Glyceraldehyde en dihydroxyaceton
- Chemische stoffen die uit glycerol kunnen worden gewonnen en worden gebruikt in de chemische en farmaceutische industrie.
- Hydroxyaceton
- Een minder waardevol bijproduct dat ontstaat als glycerol via een andere route wordt afgebroken.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
