211service.com
Een minder hulpbronnenintensieve manier om ethanol te maken
Tegenwoordig wordt bijna alle ethanolbrandstof gemaakt van maïs of suikerriet, waarvoor enorme stukken land en enorme hoeveelheden water en kunstmest nodig zijn. Onderzoekers van Stanford University hebben nu een elektrochemisch proces ontwikkeld dat veel goedkoper en beter voor het milieu zou kunnen zijn.
Het werk is nog experimenteel, maar het is belangrijk omdat de groep ethanol en andere gewenste producten kon synthetiseren met zo weinig energie-input. De hier gerapporteerde activiteitsniveaus voor CO zijn ongekend en een grote stap in de richting van de realisatie van een praktisch systeem voor het omzetten van CO naar ethanol, zegt Clifford Kubiak , hoogleraar scheikunde en biochemie aan de Universiteit van Californië, San Diego.
De wetenschappers creëerden een op koper gebaseerde katalysator die zeer effectief is in het produceren van ethanol en andere koolstofverbindingen uit koolmonoxide en water in een eenvoudige chemische reactie. Ze zeggen dat het proces, beschreven in een paper gepubliceerd in Natuur op woensdag, zou kunnen worden aangedreven door hernieuwbare bronnen van elektriciteit, zoals zon en wind, en zou een alternatief zijn voor de traditionele productie van biobrandstoffen.
Het maken van ethanol is normaal gesproken opmerkelijk energie-intensief, waarbij biomassa wordt verzameld en behandeld en vervolgens de suiker in het plantaardig materiaal wordt gefermenteerd. De Stanford-paper laat zien dat het haalbaar is om ethanol rechtstreeks uit water en afvalgassen te produceren met behulp van elektrische stroom.
Je krijgt dezelfde brandstof, al kan het in principe veel efficiënter omdat je niet afhankelijk bent van biomassa, zegt Matthew Kanan , een universitair hoofddocent scheikunde aan Stanford die co-auteur was van het artikel.
De onderzoekers stellen zich een proces in twee stappen voor waarbij koolstofdioxide eerst wordt omgezet in koolmonoxide met behulp van bestaande processen of meer energie-efficiënte processen die momenteel in ontwikkeling zijn. Dan zou het koolmonoxide elektrochemisch worden omgezet in ethanol of andere op koolstof gebaseerde verbindingen.
Bestaande methoden om koolmonoxide om te zetten in brandstof zijn ingewikkeld en vereisen zeer grote reactoren en hoge drukken. Een elektrolyseur, die een elektrische stroom gebruikt om een chemische reactie aan te drijven, zou het vereiste systeem veel kleiner kunnen maken, zegt Joel Rosenthal , een assistent-professor aan de Universiteit van Delaware. Hierdoor zou de productie van ethanol kunnen worden geminiaturiseerd en gedistribueerd.
Je kunt je bijvoorbeeld voorstellen dat een zonnepaneel op het dak vloeibare brandstof produceert die is opgeslagen in een tank ter grootte van een boiler. De grote waarde van chemische brandstoffen in het algemeen, en vloeibare brandstoffen in het bijzonder, is dat ze een veel, veel hogere energiedichtheid hebben dan typische batterijtechnologieën, dus je kunt veel meer energie opslaan in een kleinere hoeveelheid ruimte, zegt Rosenthal.
Ib Chorkendorff , de directeur van het onderzoekscentrum Catalysis for Sustainable Energy aan de Technische Universiteit van Denemarken, beschrijft het werk als een belangrijke stap in de richting van het doel van het vinden van een efficiënte route voor het opslaan van elektriciteit als chemische energie.
De sleutel tot de nieuwe katalysator is het voorbereiden van het koper op een nieuwe manier die de moleculaire structuur verandert. Tot nu toe produceerden koperkatalysatoren een breed scala aan op koolstof gebaseerde verbindingen, in plaats van één gewenst product, en vergden ze veel energie.
De Stanford-groep begint met kopermetaal en door het in lucht te verhitten, groeit er een laag koperoxide op. Vervolgens wordt die oppervlaktelaag chemisch terug omgezet in metallisch koper. Tijdens het proces krijgt het koper een heel ander oppervlak met een actiever gebied om als katalysator te werken.
Het zal jaren duren om te weten of een apparaat op basis van deze chemie commercieel levensvatbaar is. Maar als het wordt geperfectioneerd, kan het een economische stimulans zijn om koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen.