- Sluitstuk , Onderzoek
- 20/02/2020
Waterstof wordt niet alleen gezien als één van de belangrijkste energiedragers in de duurzame economie van de toekomst, maar is op dit moment al een essentiële grondstof voor uiteenlopende chemische en industriële processen. Een probleem is echter dat waterstof nu voornamelijk wordt gewonnen uit aardgas, terwijl we dat liever in de grond laten zitten. Procestechnoloog Niek de Nooijer onderzocht daarom of het ook mogelijk is om waterstof te winnen uit biogas.
De meeste waterstof wordt momenteel gemaakt door aardgas (voornamelijk methaan, CH4) bij hoge temperatuur te mengen met waterdamp (H2O). Daarbij ontstaat waterstof (H2) en kooldioxide (CO2). Dit proces, stoomreforming genaamd, kost nog wel veel energie. Aan de TU/e wordt daarom gewerkt aan ‘slimme’ reactoren, waarin met behulp van een membraan al tijdens de reactie de geproduceerde waterstof wordt afgevoerd. Hierdoor is het mogelijk om stoomreforming bij lagere temperatuur uit te voeren, en is beduidend minder energie nodig.
In principe kan waterstof ook uit biogas worden gewonnen, vertelt De Nooijer. Biogas ontstaat door vergisting van onder meer mest, rioolslib en GFT-afval. “Het voornaamste verschil met aardgas is dat biogas voor een groot deel bestaat uit CO2, dat bij conventionele stoomreforming vooraf moet worden verwijderd.” Omdat deze scheidingsstap al veel energie kost, is biogas nu nog geen logische bron van waterstof. De promovendus toonde echter aan dat het aandeel CO2 in biogas voor een membraanreactor geen probleem is.
De Nooijer gebruikte een speciaal membraan, een dun vlies van palladium en zilver dat alleen waterstof doorlaat, om de geproduceerde waterstof al tijdens de stoomreforming aan de reactor te onttrekken. Daarnaast maakte hij gebruik van een zogeheten wervelbed, waarin de katalysator (de stof die de waterstofatomen helpt vrijmaken uit methaan) bestaat uit in de gasstroom zwevende rhodiumdeeltjes. “Door de wervelingen in het gas, wordt de waterstof veel efficiënter naar het membraan geleid”, legt De Nooijer uit.
Een uitdaging is nog wel dat de kleine hoeveelheid zwavelwaterstof (H2S) in biogas een schadelijke invloed heeft op de katalysator, en vooral op het membraan. “De zwavelatomen gaan op de plek zitten waar eigenlijk waterstof aan het membraan moet binden. Dat raakt daardoor als het ware verstopt. We hebben geprobeerd dat op te lossen door gouddeeltjes toe te voegen aan het membraan, maar dat hielp helaas niet voldoende.” Zolang er geen geschikt membraan bestaat dat geen last heeft van zwavelwaterstof, zal deze stof dus vooraf moeten worden verwijderd. “Dat geldt overigens ook voor aardgas, want ook dat bevat zwavelwaterstof”, benadrukt De Nooijer.
Uit een analyse van de promovendus blijkt dat waterstofproductie uit biogas met behulp van een wervelbed-membraanreactor niet duurder is dan conventionele stoomreforming van biogas. Want hoewel de membranen nog behoorlijk prijzig zijn, is er minder biogas nodig voor dezelfde opbrengst aan waterstof. En de membranen zullen nog wel in prijs dalen zodra ze op grotere schaal geproduceerd worden, verwacht De Nooijer. Toch is biogas - dat overigens momenteel nog een stuk duurder is dan aardgas - niet de ultieme oplossing voor de productie van waterstof, benadrukt hij. “Er is sowieso te weinig biogas om in de volledige vraag naar waterstof te voorzien, maar het kan zeker een stukje zijn van de puzzel. Het is een goede methode om lokaal op relatief kleine schaal waterstof te maken uit biogas - bijvoorbeeld bij een boerderij of waterzuiveringsinstallatie.”
Discussie