Vloeibaar zonlicht

BRANDSTOF MAKEN UIT WATER EN KOOLDIOXIDE

Op dit moment is de wereld nog zwaar afhankelijk van fossiele brandstoffen. Die afhankelijkheid zorgt voor te veel kooldioxide in de lucht. En dat leidt weer tot de opwarming van de aarde. Wageningse onderzoekers hebben nu een methode gevonden om kooldioxide uit de lucht weg te vangen, en er samen met water schone biobrandstof van te maken. De energie hiervoor komt van de zon. Het proces is in potentie goedkoop en kleinschalig uit te voeren, en kan zorgen voor een revolutie in de energievoorziening.
Onderzoeksleider Rene Klein Lankhorst van Wageningen University and Research: “Nu we bewezen hebben dat we biobrandstoffen kunnen maken uit water en kooldioxide, willen we dit proces verder opschalen. Met als uiteindelijk doel apparaten op daken die vloeibare brandstof produceren. Deze brandstof kunnen mensen dan gebruiken voor hun verlichting, hun auto of voor het opwekken van elektriciteit.”

Belang van het onderzoek en impact op de samenleving

Belang van het onderzoek
Zonnepanelen om met zonlicht elektriciteit te winnen zijn een goed alternatief voor fossiele brandstoffen. Maar slechts 20 procent van de wereldwijde energievoorziening wordt gedekt door elektriciteit. Voor die andere tachtig procent zijn we dus nog aangewezen op vloeibare brandstoffen zoals benzine of dieselolie, of gasvormige brandstoffen zoals LPG. Biobrandstoffen maken van gewassen of gewasresten maken is al schoner. Maar deze oplossing heeft ook nadelen: grond voor het verbouwen van biobrandstoffen is schaars, en gewasresten zijn ook nodig voor het instant houden van de bodemvruchtbaarheid. In dit project “Liquid Sunlight” gebruiken de onderzoekers ingrediënten die bijna onbeperkt aanwezig zijn: zonlicht, water en kooldioxide.

Impact op de samenleving
De biobrandstoffen worden gemaakt in zogenoemde kunstmatige bladeren. “Hierin bootsen we het fotosyntheseproces van planten na”, zegt Klein Lankhorst. “Fotosynthese is het belangrijkste proces op aarde. Planten zetten hierbij water en kooldioxide met hulp van zonlicht om in zuurstof en koolstof houdende producten zoals glucose.” Kunstmatige bladeren kunnen burgers of bedrijven eenvoudig op daken plaatsen. Bij grootschalige productie ervan zijn fossiele brandstoffen nauwelijks nog nodig. De industrie kan de verkregen koolstof houdende producten ook als input gebruiken voor het maken van kunststof. En met deze techniek kan ook zonne-energie worden opgeslagen in een handige vorm die ook beschikbaar is als de zon niet schijnt.

Geschiedenis en De droom van Rene Klein Lankhorst

Geschiedenis
Aanleiding voor het Wagenings onderzoek was de ontwikkeling van kunstmatige bladeren door andere universiteiten. Deze eerste bladeren – nog prototypes - splitsen met zonne-energie water in zuurstof en waterstof. De Wageningse onderzoekers gingen op zoek naar enzymen die dit gesplitste water met kooldioxide kunnen omzetten in methanol. Die enzymen vonden ze. In een reageerbuisje verkrijgen ze nu methanol met hulp van wat chemicaliën en twee enzymen. Het proces vindt plaats bij een normale druk en temperatuur. Klein Lankhorst: “In ons nieuwe project willen we dit proces nu koppelen aan een kunstmatig blad gebouwd door de Universiteit van Leiden.”
Een conventionele zonnepaneel zet de lading die vrijkomt door zonne-energie om in elektriciteit. Dit kunstmatig blad uit Leiden gebruikt de lading om water te splitsen in zuurstof en waterstofgas. De Wageningers willen hier nu enzymen aan vastmaken op zo”n manier dat er in plaats van waterstof methanol uit komt.

De droom van Rene Klein Lankhorst
De droom van Rene Klein Lankhorst is – naast het zorgen voor een revolutie in de energievoorziening – dat straks ook in ontwikkelingslanden de daken vol liggen met apparaten die de fotosynthese nabootsen. “Mensen zouden de brandstof gewoon uit een kraantje kunnen tappen. Dat kan goedkoop, als we goedkope materialen en chemicaliën weten te vinden voor de apparaten. En het is schoon, omdat er evenveel kooldioxide wordt vastgelegd als dat er bij verbranding weer vrij komt. Opslagcapaciteit en vervoer is ook niet nodig, want de brandstoffen worden ter plekke gemaakt.”
Vooral voor ontwikkelingslanden is dit lokaal kunnen maken van brandstoffen een voordeel, schetst Klein Lankhorst, want in deze landen ontbreekt vaak de infrastructuur voor opslag en vervoer van benzine of andere brandstoffen.

De kracht van Wageningen University & Research

Wageningen University & Research heeft de goede papieren om dit onderzoek te doen. Klein Lankhorst was algemeen directeur van het Nederlandse programma Biosolar Cells. In dit omvangrijke programma van 42 miljoen euro werkten vijf jaar lang tien kennisinstellingen en 39 bedrijven ideeën uit om het fotosyntheseproces te bestuderen en te verbeteren. Gedurende dit programma, dat in 2016 afliep, is bewezen dat het omzetten van water en kooldioxide in vloeibare brandstof in principe kan. De methode is vastgelegd in patenten. Wageningen onderzoekt nu de mogelijkheid een spin-off bedrijf op te zetten rondom deze technologie.

Wie zijn de partners

De Wageningse onderzoekers zullen blijven samenwerken met de partners van BioSolar Cells, waaronder de Universiteit Leiden, de Technische Universiteiten van Delft en Twente en BioMCN, een producent van biomethanol uit Delfzijl. 

Budget

Het project Liquid Sunlight gaat zeven jaar duren en is begroot op vijf miljoen euro. Het eerste jaar zullen onderzoekers van Wageningen de Liquid Sunlight technologie koppelen aan het prototype van het kunstmatig blad. In het tweede tot en met het vijfde jaar zal een groep PhD-studenten de efficiëntie en robuustheid verhogen, en zoeken naar goedkope chemicaliën. In de laatste twee jaar zal het kunstmatig blad -  nu nog twintig bij twintig centimeter -  worden opgeschaald naar tien vierkante meter. Desgewenst sturen we een gedetailleerder plan met budget toe.