Uit kooldioxide autobrandstof ethanol maken nu mogelijk
De groep onderzoekers was op zoek naar een methode om met behulp van een nanomembraan kooldioxide in methanol om te zetten. Ze ontdekten iets dat veel interessanter is. Hebben we de missing link gevonden om alternatieve energiebronnen definitief door te laten breken?
Energie goedkoop, batterijen niet
Op dit moment bevinden in het grootste deel van de wereld de kosten voor zonne-energie zich al onder de kostprijs van fossiele brandstoffen. Het bewijs zie je in China. Het autocratische regime in Beijing staat niet bepaald bekend om het onnodig geld weggooien, idealisme of milieubewustzijn, maar de hoeveelheid geïnstalleerde zonnepanelen in China overtreft de rest van de wereld nu met stukken. De reden hierachter is simpel. Duurzame energiebronnen zijn goedkoper.
Er is nog één belangrijk probleem met de alternatieve energiebronnen zon en wind. Ze zijn niet op te slaan en kunnen geen energie on demand leveren. Onze batterijen en andere opslagmethoden zijn gebrekkig – de beste, pumped hydro (opslaan in stuwmeren), neemt 99% van alle opslagcapaciteit in de VS voor zijn rekening. Hier in Nederland en België proberen we ons te redden met gascentrales die bij piekvraag aangeschakeld worden. Daarom kunnen we voorlopig nog niet om fossiele brandstoffen heen.
Daar lijkt nu verandering in te komen.
Alcohol uit kooldioxide
Ethanol is de scheikundige term voor de harddrug die wij als alcohol kennen. Er zijn meer alkanolen (het verzamelbegrip voor alle koolwaterstoffen met een extra -OH-groep) dan alleen ethanol. De eenvoudigste alkanol is de stof methanol: H3C-OH. Ethanol is langer: H3C-CH2-OH. Chemisch gezien is het makkelijker om uit CO2 methanol te maken. Je voegt waterstof toe. Eén zuurstofatoom wordt van dekooldioxide afgetrokken en verbindt zich met een waterstofmolecuul tot water. Het andere zuurstofatoom blijft aan de koolstof vastzitten; beide atomen verbinden zich met twee waterstofmoleculen zodat zich naast water, het methanolmolecuul vormt. Ethanol is veel lastiger te vormen en wordt dan ook meestal uit biomassa geproduceerd. Er zijn minimaal twee stappen nodig voor de productie van ethanol.
De scheikundig onderzoekers van Oak Ridge National Laboratory onderzochten de omzetting van kooldioxide en water (géén waterstof) in methanol, met behulp van elektriciteit. Als katalysator gebruikten ze koperen nanodeeltjes en grafeen nanodraadjes. Er gebeurde vervolgens iets geheel onverwachts. Er vormde zich geen methanol, maar ethanol. De verklaring, volgens de onderzoekers: op de spits toelopende toppen van de koolstof nanodraadjes, de ‘spikes’, vormt zich een extreem sterk lokaal elektrisch veld. Klaarblijkelijk wrikt dit de C=O bindingen los, waardoor zich in twee stappen ethanol vormt. In de eerste stap, denken ze, het instabiele dimeer van koolmonoxide, O=C=C=O. In de tweede stap verandert dit in ethanol. De brutoreactie is 
. m.a.w. kooldioxide en water worden verbruikt en er vormt zich ethanol en loog.
Na enig prutswerk bleek de opbrengst erg hoog. Maar liefst 60-70% van de toegevoerde elektrische energie wordt omgezet in ethanol. Ter vergelijking: lithium-ion batterijen, op dit moment de standaard, halen 80-90%. Loodaccu’s nog minder.
Olie niet meer nodig
Als dit systeem massaal geproduceerd kan worden (en volgens de onderzoekers is dat in principe vrij eenvoudig, al hebben ze nog niet door hoe het precies werkt), kan dit wel eens de doorbraak betekenen van zonne- en windenergie. Het complete wagenpark kan met een minimale aanpassing overschakelen op ethanol in plaats van benzine. Ook particulieren zouden met hun eigen zonnepanelen alcohol kunnen produceren voor eigen gebruik. Piekvermogens door windmolens en zonnepanelen kunnen direct worden omgezet in de chemische energie van ethanol.
Is dit alleen maar goed nieuws? Er is een klein minpuntje. Zolang de alcohol maar niet gedronken wordt. Er zitten namelijk de nodige giftige stoffen in. Die zullen er eerst uit moeten worden gedestilleerd voor het goedje gedronken kan worden. Gelukkig zijn daar al wél goede alternatieven voor…