Baanbrekende technologie kan CO2-uitstoot met 99 procent verminderen

Goed nieuws voor het klimaat: een team ingenieurs heeft een nieuw elektrochemisch systeem op basis van waterstof ontdekt, dat bijna alle CO2-uitstoot van vliegtuigen, steden en fabrieken kan afvangen.

Goed nieuws voor het klimaat: een team ingenieurs heeft een nieuw elektrochemisch systeem op basis van waterstof ontdekt, dat bijna alle CO2-uitstoot van vliegtuigen, steden en fabrieken kan afvangen.

Shutterstock

Een team ingenieurs van de universiteit van Delaware heeft een methode gedemonstreerd om kooldioxide, CO2, uit de lucht te halen.

Het team onder leiding van professor Yushan Yan vond een nieuw elektrochemisch systeem uit op basis van waterstof en dat de CO2-uitstoot in de lucht met 99 procent kan verminderen.

De filters zijn goedkoop te maken en ze zijn ook al in productie – en we zullen ze de komende jaren overal ter wereld tegenkomen in vliegtuigen, fabrieken, steden, onderzeeërs en ruimtevaartuigen.

Althans als het aan Yushan Yan ligt, docent en onderzoeker aan de universiteit van Delaware.

We kunnen best 99 procent van het uitgestoten kooldioxide opvangen. En zelfs nog meer dan dat. Yushan Yan, universiteit van Delaware

‘De beste manier om onze nieuwe technologie te beschrijven is als een doos met twee vakken,’ legt Yan uit aan Wetenschap in Beeld.

En hij vervolgt: ‘Lucht met CO2 stroomt het ene vak in, terwijl waterstof het andere vult. De waterstof trekt dan al het CO2 door de ene wand van het vak naar binnen, waardoor het zuurstofvak CO2-vrij wordt.’

Een mooie bijkomstigheid

Het revolutionaire CO2-filter is een positief neveneffect van een groot onderzoeksproject.

De laatste 15 jaar heeft Yan zich vooral toegelegd op zogeheten hydroxide exchange membrane-brandstofcellen (HEM). Deze cellen behoren tot de energietechnologieën van de toekomst, waarbij brandstof en lucht direct worden omgezet in elektriciteit die bijvoorbeeld in auto’s gebruikt kan worden.

HEM-brandstofcellen hebben echter een groot zwak punt. Doordat ze zo gevoelig zijn voor CO2, krijgen ze geen lucht. Dit komt erop neer dat de prestaties en het rendement sterk afnemen, waardoor we uiteindelijk hetzelfde vermogen hebben als wanneer we een benzinemotor zouden gebruiken.

Yan en zijn team gingen na of ze een manier konden vinden om dit CO2-probleem op te lossen.

‘Ik ben al zo lang met dit probleem bezig als ik met brandstofcellen bezig ben,’ zegt Yan.

‘Op een dag realiseerden we ons dat we misschien gewoon een tweede brandstofcel moesten gebruiken om het CO2 uit de eerste brandstofcel op te vangen. Maar we wisten ook dat het erg duur zou zijn om een brandstofcel te maken om CO2 van een andere brandstofcel op te vangen. In plaats daarvan begonnen we na te denken over het doel van de cel: iets verzamelen. Deze brandstofcellen bleken dus goed te zijn in het opvangen van zelfs de kleinste hoeveelheid CO2 uit de lucht.’

Het model (l) laat zien hoe waterstof en lucht op twee aparte plaatsen het filter binnenkomen en dan het filter verlaten als CO2 en CO2-vrije lucht. De close-up (r) is een deel van de beschrijving hoe de moleculen door het membraan bewegen.

© Jeffrey C. Chase / University of Delaware

Membraan laat CO2 vrij stromen

Wat aanvankelijk een probleem was, bleek een oplossing te zijn voor het efficiënt afvangen van CO2.

Hoewel het niet goed is voor de brandstofcellen, is het een effectieve manier om een zelfreinigend systeem te maken dat CO2 van zuurstof kan scheiden op een goedkope en milieuvriendelijke manier.

Om de stroom in te bouwen in de elektrochemische technologie in het membraan, moest het team het apparaat kortsluiten, wat scheikundigen eigenlijk liever proberen te vermijden.

Door waterstof in het ene vak te laten stromen kan de kortsluiting echter gecontroleerd plaatsvinden en kan er bespaard worden op veel onderdelen, zoals bedrading en bipolaire platen.

Zo vonden Yan en zijn team een sluiproute waarmee CO2-deeltjes zich makkelijk van het ene vak naar het andere kunnen verplaatsen. Dit is volgens Yan de kernontdekking van de nieuwe cel.

Juist omdat in dit elektrochemische systeem bespaard wordt op onderdelen, kan het heel compact zijn. Het is net een gewoon membraan, dat het team heeft aangebracht in een spiraalvormige module – een soort buis met filters erin.

Goed nieuws voor het klimaat!

Yushan Yan ziet twee belangrijke toepassingen voor dit nieuwe CO2-filter. Enerzijds kan het gebruikt worden in kleine afgesloten ruimten waar de CO2-uitstoot hoog kan oplopen.

Yan denkt aan ruimtevaartuigen, onderzeeërs en moderne, al te zeer geïsoleerde gebouwen, waar we al snel te veel CO2 inademen.

Ook denkt Yan na over het verminderen van CO2 in open atmosferen.

‘Overal waar je een mengsel van zuurstof in de lucht en CO2 hebt, helpt de technologie CO2 te verwijderen. Met onze nieuwe technologie kunnen we heel veel CO2 uit de lucht halen. We kunnen best 99 procent van het uitgestoten kooldioxide opvangen. En zelfs nog meer dan dat. We hebben dus een koolstofneutrale technologie gecreëerd die een enorm verschil kan maken voor de klimaatverandering waar we nu mee te maken hebben.’

Yan ziet al voor zich hoe zijn elektrochemische systeem in steden de lucht van CO2 kan zuiveren. Op dezelfde manier kan het dienen in fabrieken die veel CO2 uitstoten bij de productie.

Een van de grootste CO2-vervuilers zijn vliegtuigen, en Yan denkt dat het nieuwe filter ook daar de lucht van kooldioxide kan zuiveren.

Hij ziet echter een beperking bij benzine-auto’s – het is te ingewikkeld om het membraanfilter bij de uitlaatpijp van de auto’s te plaatsen.

Maar volgens hem speelt dit probleem in de toekomst minder als er meer auto’s geproduceerd worden die rijden op elektriciteit, waterstof en brandstofcellen.

Productie is al aan de gang

Yushan Yan en zijn team hebben de afgelopen drie jaar financiële steun gekregen van het Amerikaanse ministerie van Energie. Zo hebben ze een kleine voorraad filters kunnen aanleggen om nu te testen.

Binnen vijf jaar hoopt Yan filters te kunnen maken die in één keer tonnen CO2 uit de lucht kunnen halen.

Op de vraag of de nieuwe technologie de basis kan zijn voor andere soorten filters, die bijvoorbeeld de grote hoeveelheden schadelijke methaangassen kunnen opvangen die uit gaten in de bodem van Siberië opstijgen, lacht Yan droogjes.

‘Nee, helaas zal het niet in staat zijn om methaan uit de lucht te halen,’ antwoordt hij. ‘Maar als iemand het methaan verbrandt tot CO2, haal ik dat graag uit de lucht met mijn technologie!’