Schrijver Kees van Kooten hield ooit een pleidooi voor méér hondenpoep. ‘Zo’n drolletje, dat we eigenlijk als een kleine fabriek moeten zien, gaat kalmpjes zijn gang en zet via de chemiese weg de lucht om in Gras en Bloemen.’
In werkelijkheid is het precies andersom: het gras en de bloemen doen het werk. Zij verwerken een stofje in de lucht, koolstofdioxide, met slechts een beetje hulp van de poep. Nog geen twintigste procent van de atmosfeer bestaat uit koolstofdioxide, maar planten weten het eruit te vissen en er meer planten van te maken. Onze complete economie is op die truc gebaseerd: zonder planten geen eten. En geen fossiele brandstoffen.
Nou hebben fossiele brandstoffen een paar nadelen. De voorraad is bijvoorbeeld niet oneindig groot, en bovendien ongelijk verdeeld over de wereld. Dat bleek een ernstig probleem in de jaren zeventig: Arabische landen draaiden toen de oliekraan dicht. De beurs kelderde omlaag, en Nederland voerde autoloze zondagen in. Er kwam ook meer belangstelling voor alternatieve energiebronnen. Windenergie, zonnepanelen – en konden we die plantentruc misschien na-apen?
Toen elektrochemicus prof.dr. Marc Koper en zijn promovenda Jing Shen wilden weten hoe en waarom er in hun proefopstelling precies methaan ontstond uit koolstofdioxide, stuitten ze dan ook op artikelen van iets na de oliecrisis. ‘Veel van wat we verzonnen hadden, bleek al gedaan’, glimlacht Koper.
‘In ons lichaam worden nitraat en nitriet afgebroken met zogeheten porphyrine-moleculen. Dat zijn ringvormige verbindingen, vaak met een metaalion in het midden. Hemoglobine, het spul dat bloed rood kleurt, bevat een porphyrine met ijzer erin.’ Die ringen reageren heel gemakkelijk met zuurstof (chemisch weergegeven met de letter O) – dat is wat hemoglobine in het lichaam doet.
Kopers groep deed al onderzoek naar porphyrines die nitraat omzetten, en de hoogleraar vroeg zich af of er ook een versie denkbaar was die de O’tjes van CO2 af kon trekken. Maar dan niet met ijzer in het midden, maar het reactievere kobalt. Dat kon inderdaad: op hun grafietelektroden breekt CO2 af tot koolmonoxide (CO), en een gedeelte van die CO wordt zelfs omgezet in methaan, het spul waar het gasfornuis op brandt.
‘In dat onderzoek uit de jaren tachtig gebruikte men ook grafiet, en ook kobalt’, vertelt Koper. ‘Maar er ontstond veel waterstofgas als bijproduct, en er was niet veel begrip over hoe je de reactie kon sturen, of over wat er op chemisch niveau achter stak. Dat we nu begrijpen hoe het werkt, is eigenlijk de belangrijkste conclusie.’ Hoe precies, is na te lezen in Shens publicatie in Nature Communications.
Kort samengevat denken Koper en co dat er negatief geladen CO2-radicalen ontstaan. ‘Die zijn heel instabiel, dus je kunt ze niet direct aantonen. Je kunt echter afleiden dat ze er moeten zijn, omdat de reactie afhankelijk is van de zuurgraad.’ In een heel zure oplossing ontstaat alleen waterstofgas, maar bij een hogere pH niet meer. ‘Door met de zuurgraad te spelen, kunnen we dus de reactie sturen’, aldus Koper.
Heb je hier nou ook wat aan? Er moet eerst stroom door de opstelling voor er een beetje methaan uitkomt, per slot van rekening. Koper: ‘Er zijn mensen die zeggen dat koolmonoxide al goed zat is, als eindproduct. Je kan het in een grote fabriek mengen met waterstofgas, en er daar synthetische diesel van bouwen. Onze droom is om uit te komen bij methanol. Dat is namelijk vloeibaar, en veel van onze huidige energie-infrastructuur is afgestemd op vloeistoffen.’
De chemicus benadrukt dat het niet zoveel zin heeft om fossiele brandstoffen na te maken zolang je die nog gewoon uit de grond kan pompen. ‘Sowieso is deze reactie nu nog niet erg efficiënt, al kan dat nog veranderen. Je kan op deze manier echter wel energie opslaan.’
Windmolens, bijvoorbeeld, produceren alleen elektriciteit als het waait. Als een molen tijdens een flinke wind meer stroom genereert dan je verbruikt, heb je over. Je zou die stroom kunnen gebruiken om CO2 te splitsen, en het resultaat kan je dan later verbranden om elektriciteit op te wekken als het een keertje niet waait. Daarbij komt dan weer CO2 vrij, maar omdat je die er eerst al in had gestopt – je hebt het bijvoorbeeld opgevangen uit een schoorsteenpijp – is je brandstof vrijwel klimaatneutraal.
Koper benadrukt dat zijn vondst niet het klimaat gaat redden door koolstofdioxide weg te vangen. ‘Er komen wel eens mensen langs in mijn lab die werken bij grote uitstoters. Die willen weten wat is er precies mogelijk is, stel dat er ooit de politieke wil komt uitstoot echt aan te pakken. Kan er iets met die CO2?’ Maar tussen laboratorium en schoorsteen zitten een hoop praktische en economische bezwaren in de weg. Koper: ‘Als we minder CO2 in de atmosfeer willen, dan zullen we in de eerste plaats toch echt minder moeten uitstoten.’