11 maart 2019

Publicatie in Nature Catalysis

Methaan veelbelovende route voor opslag energie uit zon en wind

Het opslaan van duurzame energie in moleculen kan twee problemen met elkaar oplossen: ten eerste wordt hiermee CO2 gebruikt als nuttige grondstof, en ten tweede zorgt het voor voldoende opslagcapaciteit voor duurzame energie. Dat laatste is nodig omdat traditionele accu’s of batterijen niet genoeg capaciteit hebben om voor een langere periode voor voldoende flexibiliteit en zekerheid te zorgen bij volledige inzet op zonne- en windenergie. Utrechtse onderzoekers publiceren vandaag in Nature Catalysis een Perspective-artikel over de stand van zaken van ‘Power to Methane’.

Eerste auteur Charlotte Vogt: “Naast het begrijpen van de fundamentele natuur- en scheikundige concepten achter katalytische reacties, ben ik vooral geïnteresseerd in hoe het onderzoek dat ik doe de samenleving kan beïnvloeden. Daarom wilde ik aan de slag met dit meer maatschappelijk relevante, maar toch fundamentele onderzoeksproject.”

Charlotte Vogt vertelt meer over het CO2-naar-moleculen proces dat ze bestudeert tijdens haar promotie

Een ander proces dat kan worden gebruikt om elektriciteit in moleculen op te slaan is de conversie van water naar waterstof door electrolyse. Dit proces is goedkoper dan methanisering, omdat er minder chemische stappen bij komen kijken. De onderzoekers hebben nu echter uitgerekend dat dit ondanks de hogere kosten van het proces toch nuttig kan zijn om CO2 om te zetten naar methaan, omdat methaan zo’n tien keer goedkoper opgeslagen kan worden dan waterstof. Zo kan seizoensgebonden energie potentieel goedkoper worden opgeslagen dan in waterstof.

“Het belangrijkste onderdeel van dit idee is dat we het methaan niet naar huizen sturen, waar het weer wordt uitgestoten als CO2, maar dat we deze koolstof keer op keer recyclen in een closed-loop-proces”, aldus Vogt. “Dit proces van het gebruik van methaan als chemische batterij heeft een totale efficiëntie van ongeveer 34%, dus we hebben veel CO2 nodig om ervoor te zorgen dat onze ‘batterij’ groot genoeg wordt.” Een alternatief is om methaan te maken uit duurzaam geproduceerde biomassa of gemeentelijk afval. In dit geval kan het methaan via ons aardgasnetwerk naar huizen worden gestuurd. Zonder een koolstofbelasting zal dit synthetische aardgas (SNG) echter duurder zijn dan fossiel methaan, dus het is onwaarschijnlijk dat dit proces in de nabije toekomst zal worden geïmplementeerd.

Veelbelovende onderzoeksrichting

De onderzoekers concluderen dat ‘Power to Methane’ een veelbelovende onderzoeksrichting is om op in te zetten voor bepaalde geografische sweet spots in de wereld met een hoge CO2-uitstoot én productie van duurzame energie, zoals Nederland. Voorbeelden van dergelijke CO2-puntbronnen zijn de petrochemische en metallurgische industrie, beide aanwezig in Nederland. De onderzoekers concluderen verder dat de toekomst van een niet-fossielafhankelijke energievoorziening vooral afhangt van hoe snel we het omzetten van water naar waterstof goedkoper kunnen maken, en uiteindelijk water en CO2 direct omzetten in koolwaterstoffen zoals methaan, die we direct kunen gebruiken in het energietransportnetwerk.

Samenwerking

De publicatie is een samenwerking tussen prof. Gert Jan Kramer van het Copernicus Institute of Sustainable Development aan de Universiteit Utrecht, en Charlotte Vogt, Matteo Monai en prof. Bert Weckhuysen, chemici in de onderzoeksgroep 'Anorganische Chemie en Katalyse' aan de Universiteit Utrecht.

Bert Weckhuysen: “Als wetenschappers hebben we de verantwoordelijkheid om ons bewust te zijn van de sociaaleconomische impact van ons onderzoek, met name de katalytische chemie. Door op deze manier samen te werken, gebruiken we onze gecombineerde kennis om te helpen bepalen op welke onderzoeks- en technologierichtingen de samenleving zou moeten inzetten.”

Publicatie

The renaissance of the Sabatier reaction and its applications on Earth and in space
Charlotte Vogt, Matteo Monai, Gert Jan Kramer en Bert M. Weckhuysen
Nature Catalysis, 11 maart 2019, DOI 10.1038/s41929-019-0244-4