Nieuwe reactor produceert waterstof én ultrasterk batterijmateriaal: doorbraak is klaar voor opschaling
In dit artikel:
Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge publiceren in Nature Energy een nieuwe methode om methaan om te zetten in zowel waterstof als hoogwaardige carbon nanotubes (CNT’s) zonder CO2-uitstoot. In plaats van het gangbare steam methane reforming, dat veel CO2 en CO produceert, gebruiken zij methaanpyrolyse in een gesloten, circulerend gasstroom-systeem. Dat lost twee knelpunten tegelijk op: het levert emissievrije waterstof en waardevolle materialen voor batterijen en elektronica.
De kern van de doorbraak is een multipass- of closed-loop FCCVD-reactor (floating catalyst chemical vapor deposition). Waar traditionele FCCVD-installaties methaangas één keer door de reactor sturen en veel onverbruikt gas verliezen, circuleert het gas hier herhaaldelijk totdat vrijwel al het methaan is omgezet. Tijdens het proces ontstaat waterstof dat deels kan worden afgetapt om stabiliteit te bewaren, terwijl de gevormde CNT’s als een mat uit de reactor rollen. Deze opzet verlaagt verspilling sterk en verhoogt de efficiëntie.
De prestatiecijfers zijn opvallend: de koolstofopbrengst van CNT’s stijgt met een factor 8,7 en de molaire procesefficiëntie—de mate waarin individuele gasmoleculen worden benut—neemt volgens de onderzoekers met een factor 446 toe ten opzichte van single-pass-processen. Simulaties gebaseerd op data van commerciële installaties tonen dat een opgeschaald systeem tot circa 75% van het ingezette gas kan omzetten, en dat de geproduceerde hoeveelheden CNT’s en waterstof ongeveer in een verhouding van 3:1 komen.
Praktisch en duurzaam is ook dat de reactor goed functioneert met gasmengsels die methaan en CO2 bevatten, vergelijkbaar met biogasstromen. Dat maakt koppeling met afval- en landbouwstromen mogelijk: methaan hoeft niet te worden verbrand maar kan worden omgezet in vaste koolstof met hoge economische waarde en in emissievrije waterstof. Voor de energietransitie en de groeiende batterijindustrie is dit dubbel interessant: waterstof als schone energiedrager en CNT’s als prestatieverbeteraar voor lithium-ionbatterijen en andere toepassingen.
Hoewel de resultaten veelbelovend zijn en de businesscase verbetert door gelijktijdige productie van beide producten, is grootschalige implementatie nog een uitdaging. Opschaling, energie-input voor het proces, en de herkomst van het methaan (fossiel vs. biogas) blijven bepalend voor de netto-klimaatwinst. Desondanks biedt Cambridge’ gesloten methaanloop een realistisch en strategisch pad richting emissievrije waterstofproductie gekoppeld aan hoogwaardige materiaalfabricage.