CO2 omzetten voor opslag van duurzame energie
Yuvraj Birdja zette CO2 om in mierenzuur om zo energie duurzaam op te slaan. Hierbij maakte hij gebruik van verschillende katalysatoren. Met de verkregen kennis komen wetenschappers een stap dichter bij het industrieël omzetten van CO2 naar chemicaliën en brandstoffen. Dit kan in de toekomst helpen CO2-uitstoot en het broeikaseffect te verminderen.
Moleculaire katalysatoren
CO2 is een veelvoorkomend gas en, door zijn steeds groter wordende hoeveelheid in de atmosfeer, een oorzaak van het versterkte broeikaseffect. De omzetting van CO2 tot andere verbindingen verloopt van nature erg langzaam. Birdja, promovendus aan het Leids Instituut voor Chemisch Onderzoek, zocht naar oplossingen om deze reactie te versnellen. ‘Ik heb de elektrochemische CO2-reductie onderzocht om CO2 om te zetten in bruikbare chemicaliën. Hierbij gebruikte ik katalysatoren om de reactie te versnellen en onderzocht ik welke factoren de reactie kunnen beïnvloeden, hoe de katalysator de vorming van specifieke producten beïnvloedt en hoe dit efficiënter kan.’
Birdja gebruikte moleculaire katalysatoren die qua structuur vergelijkbaar zijn met een component van het eiwit hemoglobine in rode bloedlichaampjes. ‘De katalysator bestaat uit een centrum van een metaalatoom en een omliggende ring bestaande uit voornamelijk koolstof- en waterstofatomen. Het is al bekend dat de katalysator best nauwkeurig afgesteld kan worden door aan de koolstofring chemische groepen te plaatsen. In mijn onderzoek heb ik de katalysator afgesteld door het metaalcentrum te variëren. Dit levert nieuwe inzichten op over de vorming van specifieke producten zoals mierenzuur, koolmonoxide en methanol en over de efficiëntie waarmee dit gebeurt.’
Mierenzuur als duurzame brandstof
Uiteindelijk concentreerde Birdja zijn onderzoek op de productie van mierenzuur. Deze vloeibare brandstof is makkelijker in gebruik dan bijvoorbeeld waterstof, aangezien opslag en transport onder eenvoudigere condities plaatsvinden. ‘Mijn doel is om chemicaliën te maken voor de opslag van duurzame energie. Mierenzuur wordt veel gebruikt als conserveringsmiddel in veevoer, voor de productie van leder, rubber en textiel, maar ook als brandstof; er zijn namelijk brandstofcellen die werken op mierenzuur. Echter, de huidige mierenzuurproductie is niet duurzaam, aangezien deze gebaseerd is op fossiele brandstoffen. Door mijn onderzoek hebben we een beter beeld gekregen hoe groene energie makkelijk kan worden opgeslagen in mierenzuur, uitgaande van het veelvoorkomende CO2.’
Industriële processen
Birdja heeft zijn katalysatoren vastgemaakt op een substraat. ‘Het vasthechten van katalysatoren op een oppervlak is hot tegenwoordig, vanwege de voordelen voor een grootschalig industrieël proces. Koolstof wordt vaak gebruikt als oppervlak voor het vasthechten van katalysatoren. Van koolstof zijn er verschillende soorten en varianten, zoals grafiet en diamant. Ik heb gekeken naar hoe het hechtoppervlak en de voorbehandeling hiervan de prestaties van de katalysator beïnvloeden.’
Positieve reacties
Birdja vertelt dat hij positieve reacties kreeg op zijn onderzoek. ‘Eén van mijn gepubliceerde artikelen werd achteraf in de schijnwerpers geplaatst in het gerenomeerde tijdschrift Science onder de kop "Editor's choice". Vorig jaar vond de Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry plaats in Amerika, waar ik tijdens een symposium een deel van mijn werk heb gepresenteerd. Mijn posterpresentatie was toen als winnaar uit de bus gekomen.'
Yuvraj Birdja promoveert op 19 april op zijn proefschrift Electrocatalytic CO2 Reduction toward Liquid Fuels.
