ENGINEERINGNET.BE - Er zit te veel CO2 in de lucht en dat is een levensgroot probleem, weet iedereen die ooit van het broeikaseffect heeft gehoord.
Reden om het gebruik van fossiele brandstoffen zo snel mogelijk af te bouwen. Maar vloeibare brandstoffen zijn wel erg handig en niet voor alle toepassingen bestaat al een duurzaam alternatief.
Het zou daarom fantastisch zijn als we CO2 met behulp van duurzaam opgewekte energie, zoals zonnestroom, makkelijk zouden kunnen omzetten naar zogeheten zonnebrandstoffen - zodat CO2 onderdeel wordt van een gesloten kringloop.
De eerste stap in dat proces is het losmaken van één van de twee zuurstofatomen (O) uit het CO2-molecuul. Het resulterende CO kan dan namelijk met waterstof worden gecombineerd tot brandbare koolwaterstoffen.
Helaas is CO2 echter een bijzonder stabiel molecuul, legt Qin Ong uit. “Om het kapot te maken, heb je temperaturen nodig van een paar duizend graden. Dat kost ontzettend veel energie.”
Eén van de mogelijke trucs maakt gebruik van het feit dat de atomen in een CO2-molecuul ten opzichte van elkaar kunnen trillen, alsof ze met een springveer met elkaar verbonden zijn.
Ong: “Die trillingen vinden slechts plaats bij specifieke frequenties. Elk type trilling heeft energieniveaus die je kunt voorstellen als treden van een ladder. Hoe hoger op de ladder, des te harder het molecuul trilt en des te minder energie het kost om een atoom los te maken uit het molecuul. Ze trillen als het ware kapot.”
Bij de TU/e-groep Elementary Processes in Gas Discharges (EPG), waar Ong in het begin van haar promotietraject experimenten heeft gedaan, proberen onderzoekers plasma’s te maken waarin CO2-moleculen door onderlinge botsingen de vibratieladder beklimmen.
Ong: “Eigenlijk was het de bedoeling dat ik ook bij DIFFER aan plasma’s zou werken, maar we bedachten dat we het proces van ladderklimmen nauwkeuriger konden bestuderen door de vibraties te stimuleren met laserlicht in een gewoon CO2-gas. Dat is namelijk een veel simpeler systeem dan een plasma.”
Met infrarood licht kun je een CO2-molecuul namelijk naar de onderste trede van de vibratieladder duwen. Telkens twee moleculen botsen, gaat één van beide een stapje hoger de ladder op en keert de andere terug naar de zogeheten grondtoestand. Die stappen volgen elkaar razendsnel op, tot het molecuul bij de laatste botsing in twee stukken breekt.
Ong: “We weten dat dit goed werkt bij moleculen die uit twee atomen bestaan. Maar voor drie-atomige moleculen zoals CO2 was het maar de vraag of de moleculen hun energie niet tijdens het proces kwijt zouden raken. Dan kom je dus niet bovenaan de ladder.”
Om dat te testen had zij het licht nodig van een bijzondere laser van de Radboud Universiteit (FELIX), waarmee ze licht konden maken met de juiste golflengte en intensiteit voor de experimenten.
De uitkomsten van die experimenten, aangevuld met metingen met een laser van DIFFER, laten geen ruimte voor twijfel: het ladderklim-effect bestaat echt in CO2. Dat is hoopgevend, mede omdat de experimenten bij lage temperatuur en bij hoge druk (tot wel 20 bar) zijn uitgevoerd. Of het ook voor de productie van zonnebrandstoffen een uitkomst zal blijken, is echter nog de vraag.
