PhD-studente Hanne Lamberts-Van Assche (onderzoeksgroep Environmental Economics) was finalist van de presentatiewedstrijd PRESS>SPEAK 2021 van UAntwerpen. In onderstaande blogpost vat ze de kernboodschap van haar presentatie samen.
Wat is dé uitdaging van onze generatie?
De CO2-emissies drastisch doen dalen, ook al blijft de bevolking nog steeds toenemen en kennen we een steeds toenemende globalisering van onze economie.
De industriële CO2-emissies waren in 2018 nog goed voor een kwart van de totale uitstoot wereldwijd en moeten dringend dalen, terwijl het productieniveau nog steeds blijft toenemen. Innovatieve technologieën die CO2 opvangen en vervolgens omzetten in waardevolle producten bieden mogelijk een oplossing om uit de impasse te geraken.
CO2 opvangen bij de ene fabriek en vervolgens nuttig gaan inzetten als grondstof bij de andere fabriek: het klinkt bijna als een fabeltje. Toch is het vandaag al mogelijk en bestaan er al projecten waar CO2 op commerciële schaal wordt opgevangen en omgezet. Het bekendste voorbeeld is de ‘George Olah’-fabriek van Carbon Recycling International in IJsland, waar CO2 wordt omgezet in methanol met de hulp van geothermische energie. Hier wordt jaarlijks zo’n 5.500 ton CO2 gerecycleerd en omgezet in methanol, dat kan gebruikt worden als ‘groene’ brandstof (Carbon Recycling International, 2021).
In België hebben we echter geen geisers en dus ook geen overvloed aan geothermische energie. Daarom zoeken we naar nieuwe technologieën die een oplossing kunnen bieden voor het Belgische industrielandschap. In het PlasMaCatDESIGN project werken we aan de ontwikkeling van plasmakatalyse om CO2 op een efficiënte en duurzame manier om te zetten in waardevolle chemicaliën.
Wat is plasmakatalyse?
Plasma, enerzijds, is een heel reactief mengsel, bestaande uit een mix van elektronen, neutronen, ionen,… Die hoge reactiviteit zorgt ervoor dat zelfs de bindingen van heel stabiele moleculen, zoals CO2, toch gebroken kunnen worden. Zo worden de C- en O-atomen gescheiden en kunnen ze gerecombineerd worden tot andere producten. Katalysatoren zijn stoffen die een chemische reactie kunnen sturen in de richting van de gekozen eindproducten. Bekijk de katalysator als een soort van magneet die bepaalde deeltjes aantrekt om ze opnieuw met elkaar te verbinden. Plasmakatalyse combineert de hoge reactiviteit van het plasma met de selectiviteit van de katalyse: een ideale combinatie om de CO2-molecule af te breken en om te vormen in een andere stof.
Met een multidisciplinair van chemici, ingenieurs en economen gaan we in het PlasMaCatDESIGN-project op zoek naar het optimale design van de plasmakatalyse. Belangrijke parameters in het ontwerp zijn de gekozen katalysatoren, de opstelling van de reactor waarin de reacties plaatsvinden en de toegevoerde gassen. Pure CO2, pure methaan (CH4) of een mix van CO2 en CH4 wordt toegevoerd tijdens de experimenten. CO2 en CH4 zijn beide broeikasgassen en door de mix toe te voeren, zijn ook meer eindproducten mogelijk. Ethaan, propaan, ethanol en waterstof zijn enkele van de mogelijke eindproducten die gemaakt kunnen worden dankzij de plasma-katalytische omzetting van CO2 en CH4.
Om te komen tot het optimale ontwerp, berekenen we steeds de economische haalbaarheid voor de verschillende opstelling die getest worden in het labo. We maken de afweging tussen verschillende katalysatoren, tussen het traag of snel toevoeren van de CO2, tussen hoge energie-efficiëntie of hoge conversie-efficiëntie, etc. Dankzij de economische analyses kunnen we in kaart brengen wat de belangrijkste factoren zijn voor de winstgevendheid van de technologie en wat er nog kan verbeterd worden. De wisselwerking tussen de economische berekeningen en de experimenten in het labo, creëert nieuwe inzichten in het optimale ontwerp van de plasmakatalyse.
Kan CO2 de grondstof van de toekomst worden?
JA! Vandaag wordt CO2 al op grote schaal gerecycleerd en omgezet in nuttige en waardevolle producten, met de hulp van hernieuwbare energie, bijvoorbeeld in IJsland. Om de omzetting van CO2 op nog grotere schaal te kunnen toepassen, is het essentieel dat er voldoende goedkope hernieuwbare energie beschikbaar is, zodat de omzetting duurzaam en kosten-efficiënt kan gebeuren. Ook het niveau van de CO2-belastingen kan een bepalende factor zijn voor de haalbaarheid van deze ‘groene’ technologieën.
Wie weet rijden we dan in de toekomst allemaal op waterstof, geproduceerd met de hulp van CO2 …
Als doctoraatsstudente aan de onderzoeksgroep Environmental Economics, focust het onderzoek van Hanne Lamberts op de techno-economische haalbaarheid en de milieu-impact van nieuwe ‘Carbon Capture and Utilization’-technologieën. Hanne studeerde in 2019 af aan UAntwerpen als Handelsingenieur (met een specialisatie in Sustainability Engineering).