Een flesje bliksem: zo ontstaat schonere brandstof uit methaan

Amerikaanse wetenschappers hebben een spectaculaire manier gevonden om methaan om te zetten in vloeibare brandstof. De bliksemschichten schieten in het rond tijdens de experimenten. De methode zorgt voor een lager energieverbruik en minder uitstoot van schadelijke stoffen. Het is een veelbelovende stap richting een schonere industrie.

Er is een verrassend elegante truc bedacht door de Amerikanen: ze bootsen bliksem na in een glazen buis vol water, maar dan koud. Met korte, krachtige elektrische pulsen creëren ze zo plasma – een energierijke toestand van materie – die methaan direct omzet in methanol. Het chemische proces is eigenlijk zo gefikst: de reactie bestaat maar uit één stap.

Methanol

Methanol is een veelzijdige stof die onder andere wordt gebruikt in de productie van plastics, verf en lijm. Maar tegenwoordig wordt het goedje ook steeds vaker gezien als schonere brandstof voor schepen en industriële installaties.

De nieuwe plasmamethode gebruikt alleen elektriciteit, water en een koperoxide-katalysator om methanol te maken. Er is geen extreme hitte nodig en ook geen torenhoge druk. “Als de spanning hoog genoeg is, ontstaan er bliksemschichten in onze reactor, net als tijdens een zomerse onweersbui”, legt onderzoeker Dayne Swearer uit. “We zetten dit chemische proces in om de sterke bindingen in methaan te breken, zonder het hele systeem te verhitten.”

Energieverslindend proces

Normaal gesproken is het maken van methanol een energieverslindend proces. Methaan wordt eerst bij temperaturen boven de 800 graden Celsius uit elkaar geblazen tot koolmonoxide en waterstof. Daarna worden die gassen onder enorme druk, tot wel 300 keer de luchtdruk, weer samengevoegd tot methanol. Dat werkt, maar kost gigantisch veel energie en stoot wereldwijd miljoenen tonnen CO2 uit. “Die extreme hitte is nodig om de stabiele bindingen in methaan te breken”, vertelt Swearer. “Daarna moet je alles weer samenpersen om methanol te vormen. Het is effectief, maar niet bepaald eenvoudig en zeker niet duurzaam.”

De sleutel tot de nieuwe methode ligt in zogenoemd koud plasma. In tegenstelling tot het gloeiend hete plasma van de zon of bliksem, blijven de gasmoleculen in de glazen buis relatief koel. Alleen de elektronen worden extreem energierijk. Al met al is het geheel toch heet genoeg om chemische reacties op gang te brengen. “Meer dan 99 procent van het waarneembare universum bestaat uit plasma”, zegt promovendus James Ho. “Maar in de scheikunde doen we er nog verrassend weinig mee. Dit is een prachtige manier om het potentieel van plasma te benutten.”

Flesje bliksem

In hun experiment stroomt methaan door een poreuze glazen buis, terwijl elektrische pulsen het gas omzetten in plasma. Daarbij ontstaan reactieve fragmenten die zich razendsnel herschikken tot methanol. Het eindproduct lost direct op in het omringende water en dat is maar goed ook. Zo stopt de reactie precies op tijd. Het is uiteraard niet de bedoeling dat het verder afbreekt tot CO2.

En dan nog iets bijzonders: het proces wordt nóg efficiënter door argon toe te voegen, normaal een inert edelgas. In plasma blijkt argon ineens wél reactief. Het helpt om de vorming van methanol te verbeteren. Nadat de (figuurlijke) rook is opgetrokken, bestaat bijna 97 procent van de vloeibare producten in de glazen buis uit methanol. Daarnaast ontstaan nog enkele waardevolle bijproducten zoals waterstof en ethyleen, een grondstof voor plastics.

Naar kleine, slimme installaties

De technologie maakt de ontwikkeling van compacte installaties mogelijk die methaan lokaal kunnen omzetten in bruikbare brandstof. Denk aan afgelegen gasbronnen of lekkende putten, waar methaan nu vaak bij gebrek aan beter wordt afgefakkeld. “In plaats van methaan te verbranden tot CO2, kunnen we het ter plekke omzetten in een vloeibare brandstof die makkelijk te transporteren is”, besluit Swearer.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Stroom uit het riool: bacteriën halen energie én voedingsstoffen uit afvalwater en Geen supergeleiding, maar toch stromen energie en massa zonder weerstand door deze kwantumdraad. Of lees dit artikel: Deze batterij draait op suiker en vitamine B2 en kan energieopslag veiliger maken.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: