Nieuwe energieopslag met oude chemie

Duurzame chemie Het is moeilijk wind- en zonne-energie op te slaan. Een oude chemische reactie is daardoor opeens actueel. Die maakt methaan uit CO2.

Een medewerker van het Duitse autobedrijf Audi tankt gas. De fabriek gebruikt windenergie om het broeikasgas CO2 om te zetten in methaan.
Een medewerker van het Duitse autobedrijf Audi tankt gas. De fabriek gebruikt windenergie om het broeikasgas CO2 om te zetten in methaan. Foto Jasper Juinen/Bloomberg

Een wat verstofte, ruim honderd jaar geleden ontdekte chemische reactie maakt een renaissance door. Want deze reactie kan de mens helpen in de strijd tegen de opwarming van de aarde. En ze brengt bemande ruimtemissies dichterbij.

Dat schrijven chemici van de Universiteit Utrecht in het tijdschrift Nature Catalysis. Het gaat om de omzetting van het broeikasgas CO2 in methaan. De reactie werd in 1902 door de Fransman Paul Sabatier beschreven. Tien jaar later ontving hij er samen met Victor Grignard, ook een Fransman, de Nobelprijs voor Scheikunde voor. Sabatier liet CO2 reageren met waterstof, daarbij geholpen door een nikkelkatalysator, die de reactie versnelt. De reactie levert methaan en water. Methaan is een brandbaar gas, en het belangrijkste bestanddeel van aardgas.

Dat de reactie nu weer volop in de belangstelling staat, komt, zo schrijven de Utrechtse chemici, doordat de productie van wind- en zonne-energie toeneemt. Naarmate hun aandeel in de totale stroomproductie groeit, neemt ook de behoefte aan opslag toe – om periodes met minder wind of zon te overbruggen. Wind- en zonne-energie kun je opslaan als er overschotten zijn. Dat kan bijvoorbeeld in de vorm van methaan. Eerst zet je water met behulp van stroom (via elektrolyse) om in waterstof. Die laat je vervolgens reageren met CO2. De benodigde CO2 kan van grote puntbronnen komen, zoals raffinaderijen, staal- en cementfabrieken. Zij hebben ook een andere optie om van hun CO2 af te komen: het ondergronds opslaan. Maar dat stuit vooralsnog op veel maatschappelijke weerstand.

Opslag in zoutcavernes

„Methaan werkt zo als seizoensbatterij”, zegt Charlotte Vogt, eerste auteur van het artikel, en promovendus bij de onderzoeksgroep van Bert Weckhuysen, hoogleraar anorganische chemie en katalyse. „De belangrijkste plek voor opslag zijn ondergrondse zoutcavernes.” Is er stroom nodig dan kan daarvoor methaan verbrand worden – op dezelfde manier waarop gascentrales dat nu doen met aardgas. Nadeel is dat daarbij CO2 vrijkomt. Die zul je weer moeten opvangen, zegt Vogt. „Je moet het circuit sluiten.”

Stroomoverschotten kun je ook in de vorm van waterstof opslaan. „Dan hoef je de extra stap naar methaan niet te zetten”, zegt Vogt. Maar de energiedichtheid van waterstof is bijna vier keer zo laag als die van methaan. Vogt: „De opslag van waterstof is ook een stuk duurder dan die van methaan.”

In hun artikel beschrijven de chemici een commercieel voorbeeld. In het Duitse Werlte heeft autofabrikant Audi een proeffabriek gebouwd die stroom uit windturbines, gecombineerd met CO2 van een naburig bedrijf, omzet in methaan. Dit bedrijf verwerkt landbouw- en huishoudelijk afval tot biogas en CO2.De fabriek van Audi draait sinds 2013 en is op het Duitse gasnet aangesloten. Audi ontwikkelt ook auto’s die op gas (CNG, compressed natural gas) rijden.

Ook in de ruimtevaart groeit de belangstelling voor de Sabatier-reactie, nu er gewerkt wordt aan een bemande missie naar Mars. De atmosfeer bestaat daar voor 98 procent uit CO2. Dat biedt de mogelijkheid om op Mars brandstof (methaan) en water te produceren. Het water, eventueel ook gewonnen uit de ondergrond van de planeet, is om te zetten in zuurstof voor de astronauten, en waterstof, wat weer te gebruiken is voor de reactie.

Om het CO2-probleem snel aan te pakken, en bijvoorbeeld van steenkool over te stappen op het schonere aardgas, zal de uitstoot zwaarder belast moeten worden, zegt Vogt. De industrie in Europa betaalt nu 23 euro om een ton CO2 te mogen uitstoten. Dat moet zeker het dubbele worden, zegt Vogt. „Ik pleit voor een hogere CO2-belasting.”