Omzetting methaan in synthesegas benut zuurstof uit lucht

Methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, vormt in de chemische industrie een belangrijke basisgrondstof voor de synthese van producten als methanol, ammoniak of vloeibare koolwaterstoffen als diesel. Daartoe wordt het met behulp van stoom omgezet in synthesegas, een mengsel van koolmonoxide en waterstof. Samen met Chinese collega's van de University of Science and Technology of China heeft Henny Bouwmeester van het MESA Onderzoeksinstituut van de TU Twente een nieuw en efficiënt proces ontwikkeld voor de omzetting van methaan, dat uitgaat van de (onvolledige) reactie van methaan met zuurstof uit de lucht. Daarbij ontstaat een zuiverder synthesegas dan bij conventionele processen, en worden ook minder schadelijke bijproducten gevormd (Angewandte Chemie, 31 okt).

In de chemische industrie wordt synthesegas gemaakt door aardgas samen met stoom over een katalysator te leiden. Dat kost veel energie, omdat aardgas en stoom pas bij temperaturen van boven de 800 °C met elkaar willen reageren. Het is veel efficiënter om methaan te verbranden met behulp van zuurstof. In een verwarmingsketel wordt het volledig omgezet in kooldioxide en water, maar onder speciale omstandigheden kan er ook gedeeltelijke verbranding plaatsvinden waarbij synthesegas ontstaat. Tot nu toe was daarvoor zuivere zuurstof nodig. Het zou echter veel gemakkelijker en goedkoper zijn om de reactie direct met lucht uit te voeren, maar een nadeel daarvan is dat de stikstof uit de lucht in de reactor voor een deel wordt omgezet in stikstofoxiden die schadelijk zijn voor het milieu. Daarom moeten met behulp van speciale membranen de zuurstof en stikstof van elkaar worden gescheiden. Het bleek moeilijk een membraanmateriaal te vinden dat is opgewassen tegen de hoge reactietemperaturen.

Bouwmeester en zijn collega's hebben dat probleem weten te omzeilen door de reactie in twee stappen op te splitsen: het filteren van de zuurstof uit de lucht en de daaropvolgende reactie met methaan gebeuren op verschillende plaatsen in de reactor. Volgens de onderzoekers neemt daardoor ook de kans op ongewenste nevenreacties, zoals de vorming van koolstof, af. Voorlopig heeft het proces alleen in een kleine, buisvormige reactor zijn waarde bewezen, zodat verder onderzoek nodig is om te bepalen of het ook op grote schaal kan worden toegepast. Ook is nog onbekend of de gebruikte keramische membraanmaterialen ook op de lange duur hun werking behouden.

    • Rob van den Berg