Wetenschappers van de Montan-universiteit Leoben hebben een manier gevonden om aardgas te splitsen in waterstof en koolstof. En dat emissievrij.
Met de winning van koolstof komt een schaars materiaal beschikbaar dat revolutionaire duurzame technologieën in de landbouw, de bouwsector en de hightechsector mogelijk maakt.
De basis voor deze waterstofproductie is de toepassing van verschillende pyrolyseprocessen die aan de Universiteit van Leoben zijn ontwikkeld. Hier werken de onderzoekers met een bad van vloeibare metalen met een hoge temperatuur die een soort katalytisch effect hebben. Aangezien vaste koolstof (carbon) als bijproduct van het proces wordt geproduceerd, is de geproduceerde waterstof emissievrij (CO2-vrij).
Ook interessant: Installatie zet CO2 uit de lucht om in waardevolle grondstof
Professor Dr. Peter Moser, die het project in het kader van Resources Innovation Center (RIC) Leoben coördineert, gaat ervan uit dat de vraag naar emissievrije waterstof de komende decennia aanzienlijk zal toenemen. Hij ziet pyrolyse als een tussenoplossing tot de volledige uitbreiding van de duurzame elektriciteitsproductie. Hij wil dit samen met Oostenrijkse partners op industriële schaal gaan opzetten.
Onze technologie zou uiterlijk vanaf 2030 beschikbaar moeten zijn voor gebruik. De CO2-uitstoot moet met ongeveer een kwart omlaag. Dit betekent dat de tijd tot 2050 kan worden overbrugd. Tegen die tijd zijn er al nieuwe technologieën voor hernieuwbare energieën.
Professor Dr. Peter Moser
Schadelijk voor het milieu
Het oudste proces voor de productie van waterstof is de techniek waarbij aardgas (CH4) in verschillende fasen reageert met heet water. De reactieproducten zijn waterstof en kooldioxide (CO2). Die emissie van CO2 is schadelijk voor het milieu.
Een andere technologie die wordt gebruikt om waterstof te produceren is de elektrolyse. Daarbij wordt water gesplitst door middel van elektriciteit. Elektrolyse is eenvoudig en milieuvriendelijk. Als er tenminste alleen gebruik wordt gemaakt van elektriciteit uit hernieuwbare bronnen, zoals windturbines of zonne-energie. Het elektriciteitsverbruik is echter hoog en duurzame energie is slechts in beperkte mate beschikbaar, legt Moser uit.
Vier keer zo efficiënt
“Voor de productie van waterstof in de vorm van elektrolyse is 180.000 kilojoule energie per kilogram waterstof nodig. Daarentegen is voor het splitsen van aardgas slechts 45.000 kilojoule energie per kilogram waterstof nodig. Ons proces is daarom vier keer zo efficiënt in termen van energie als elektrolyse. Dit heeft een overeenkomstig effect op de CO2-voetafdruk”.
“Alles wat we doen heeft een ‘CO2-rugzak’. Een auto op waterstof kan rijden met een lage, directe CO2-uitstoot. Maar zowel de productie van de auto als die van waterstof veroorzaken op zichzelf weer CO2-emissies. Zelfs als de waterstof afkomstig is van elektrolyse”.
Pyrolyse
Pyrolyse als techniek om aardgas te scheiden is al lang bekend en onderzocht. Het is nog niet zover gevorderd dat het industrieel gebruikt kan worden. Andere op pyrolyse gebaseerde onderzoeksprojecten voor de productie van waterstof zijn in Duitsland en Nederland aan de gang. De tweesporige productie van koolstof en waterstof wordt soms echter nog nauwelijks onderzocht, legt Moser uit. De waterstof wordt geproduceerd zonder uitstoot en koolstof is een waardevolle grondstof. De kleine hoeveelheden die momenteel beschikbaar zijn, zijn afkomstig van grafietdepots en van de verwerking van kunststoffen en andere industriële processen”.
„Bij het splitsen van aardgas in pyrolyse wordt één deel waterstof en drie delen koolstof geproduceerd. Als we ons alleen op waterstof zouden richten, zoals andere consortia hebben gedaan, zou dat een nadeel zijn. Maar het is een voordeel voor ons omdat we gefocust zijn op het produceren van koolstof,” aldus Moser.
In het pyrolyseproces werken de onderzoekers van de Universiteit van Leoben met een groot vat gevuld met vloeibaar metaal met een hoge temperatuur. Zodra het aardgas erdoorheen gaat, breekt het af in koolstof en waterstof – in zeer zuivere vorm. Op dit moment bestaat deze metaalvloeistof uit nikkel en koper. In de toekomst zijn ze van plan om gallium te gebruiken om de temperatuur te verlagen. Moser: “Dit heeft een positief effect op het ecologisch evenwicht.”
Levenscyclusanalyse
Parallel aan de schaalvergroting van de pyrolyse zullen de partners in het samenwerkingsproject ook een levenscyclusanalyse uitvoeren. Dat gaat van het boorgat voor de aardgasproductie, tot het transport van het aardgas in pijpleidingen, tot de pyrolyse en ten slotte de overdracht van de waterstof naar een verbruiker. Op deze manier willen ze het effect van de CO2-voetafdruk transparant en vergelijkbaar maken met het effect van andere productievarianten.
De eerste schattingen laten zien dat een kilo waterstof uit pyrolyse slechts zo’n vijf kilogram CO2 per kilogram uitstoot. Elektrolyse veroorzaakt met de huidige elektriciteitsmix in Europa, 30 kilogram CO2 per kilogram waterstof.
Moser: “Als er op een dag voldoende duurzame elektriciteitsbronnen beschikbaar zijn, zal de waterstof uit elektrolyse en die uit pyrolyse ongeveer dezelfde CO2-voetafdruk hebben. Wij zien onze pyrolyse dan ook als een aanvullende technologie die de industrie kan voorzien van de grote hoeveelheden waterstof die zij nodig heeft”.
‘Dualiteit van de methode maakt het proces emissievrij’
De tekortkoming van het proces is dat het gebaseerd is op aardgas, een niet-hernieuwbare bron. Moser is zich hiervan bewust. Hij pleit ervoor die aardgasreserves aan te spreken die zelfs bij een groter gebruik nog 300 jaar zouden meegaan. De winning van waterstof en koolstof uit aardgas is ook haalbaar met zeer weinig gevolgen voor het milieu.
Een ander argument ten gunste van aardgas is, dat bestaande pijpleidingen kunnen worden gebruikt. Het is niet nodig om een nieuw netwerk aan te leggen voor het transport van aardgas naar de lokale energiebedrijven en naar de verbruikers. De pyrolyse-installaties, die het aardgas omzetten in waterstof, worden bij de energiebedrijven geïnstalleerd. Zo blijft de investering beheersbaar. De productie-eenheden zijn klein, zowel qua omvang als qua kosten, aldus Moser.
Hij ziet ook een sterk argument in de dualiteit van de methode, die het proces emissievrij maakt en tegelijkertijd koolstof produceert. “Koolstof is een zeer stabiel materiaal en dus kan worden gebruikt voor duurzame methoden in de bouw en de landbouw. Een samenwerking op dat gebied met de Universität für Bodenkultur in Wenen is inmiddels van start gegaan.
Proeffabriek op industriële schaal
Samen met onderzoekspartners uit de industrie wordt in een proeffabriek kennis opgedaan voor het ontwerp van het pyrolyseproces op industriële schaal. Daarnaast zal worden getest welke metalen kunnen worden gebruikt om koolstof en waterstof te produceren. Naast de schaalbaarheid van het proces, ligt de nadruk op technisch, economisch en ecologisch zinvolle opties voor het gebruik van koolstof.
Ook interessant: Energie uit huisvuil: zelf je eigen stroom produceren
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
