Beeld: Oliewinningsinstallaties zijn een belangrijke bron van methaanuitstoot.
Al 105 landen ondertekenden de Methane Pledge Alliance, die een reductie in methaanemissies van 30 procent tegen 2030 beoogt. Dat kan de opwarming van de aarde met 0,4 tot 0,6 graden verminderen, maar eenvoudig wordt het niet. Daarom onderzoekt men hoe methaan actief uit de lucht gehaald kan worden door het versneld te oxideren naar CO₂, ook een broeikasgas, maar veel minder potent.
Het broeikaseffect van methaan is immers tachtig keer zo sterk als dat van CO₂ over een periode van twintig jaar en dertig keer zo sterk over een periode van honderd jaar (iets minder, omdat methaan sneller afgebroken wordt dan CO₂). De concentratie van methaan in de atmosfeer is sterk toegenomen, van naar schatting 0,75 deeltjes per miljoen voor de industriële revolutie tot 1,86 deeltjes per miljoen vandaag. De belangrijkste menselijke bronnen van methaanuitstoot zijn de landbouw, stortplaatsen en oliewinningsinstallaties.
Moleculaire kooitjes
Onderzoeker Dieter Plessers, verbonden aan de vakgroep Duurzame Processen en Katalyse van de KU Leuven werkt onder leiding van prof. Bert Sels en prof. emeritus Robert Schoonheydt aan een katalysator die methaan naar methanol kan omzetten, een alcohol dat een basisgrondstof vormt in de chemische industrie. 'Dat proces gebeurt momenteel in grote, energie-intensieve installaties. Op plaatsen waar methaan vrijkomt, zoals bijvoorbeeld bij olieontginning, is dat geen optie, en als gas is methaan duur om te transporteren. Daarom dat methaan vaak ter plekke verbrand wordt tot CO₂, want het is nog altijd minder nadelig om CO₂ uit te stoten dan methaan.'
De biokatalysator heeft nog een lange weg af te leggen alvorens industriële toepassingen mogelijk worden
De katalysator in kwestie werkt op basis van zeolieten, mineralen met microscopisch kleine poriën. 'In deze zeolieten bevinden ijzer- of koperionen zich in een soort moleculaire kooitjes. Deze ionen zijn erg efficiënt in het omzetten van methaan naar methanol doordat ze zuurstof of stikstofoxide (lachgas) kunnen activeren en daarna laten reageren met methaan. De kooistructuur van de zeoliet zorgt ervoor dat het intermediair reactieproduct niet kan ontsnappen, waardoor methanol gevormd kan worden en het ijzer actief blijft.'
De natuur-geïnspireerde zeolietkatalysator heeft nog een lange weg af te leggen alvorens industriële toepassingen mogelijk worden, vooral omdat het gevormde methanol makkelijk in de zeoliet blijft plakken. Dat bemoeilijkt de extractie. 'Maar als het doel enkel is om methaan uit de lucht te halen door het om te zetten naar CO₂ speelt dat nadeel niet, want CO₂ komt veel makkelijker vrij uit de zeoliet dan methanol. Zelfs als er residu op de zeolieten blijft hangen is dat niet zo’n probleem voor de werking ervan, aangezien we niet geïnterreseerd zijn in het verzamelen van CO₂ zoals we met methanol deden,' verduidelijkt Plessers.
Methaan-etende bacteriën
Methaanafvang via zeolieten is niet de enige optie die op tafel ligt. Een andere piste is het gebruik van een aerosol die bestaat uit ijzerzouten. Dit gasvormig mengel versnelt de natuurlijke degradatie van methaan naar CO₂, analoog met een natuurlijk proces waarbij methaan reageert met ijzerhoudend mineraal stof. Ook fotokatalyse is een mogelijkheid. Hierbij wordt methaan geoxideerd door een katalysator met behulp van ultraviolet licht. Titaniumdioxide kan de rol als katalysator vervullen en ingepast worden in coatings, wat een soort methaan-etende verf moet opleveren.
Ook experimenteert men met methaan-etende bacteriën, vertelt Plessers. 'Die verteren methaan in hun metabolisme om aan koolstof en energie te geraken. Alleen, ze vereisen erg specifieke omstandigheden om te overleven. Men sleutelt aan een soort methaanfilters op basis van deze bacteriën om bijvoorbeeld in stallen of bij stortplaatsen te installeren.'
Lage methaanconcentraties
De erg lage concentratie van het gas in de lucht, nauwelijks 1,86 deeltjes per miljoen, vormt de grootste uitdaging voor het ontwikkelen van deze technologieën. ‘Het potentieel ligt in eerste instantie eerder nabij plekken met hoge methaanconcentraties, zoals bijvoorbeeld stallen of landbouwgronden, stortplaatsen of olie-installaties. Dicht bij de bron dus. Nadat we het systeem in deze scenario’s gevalideerd hebben, kunnen we de limieten ervan opzoeken richting lagere methaanconcentraties.'
Al deze technologieën om methaan af te vangen staan echter nog in hun kinderschoenen, aldus Plessers. 'Moeilijk te zeggen wanneer een van deze pistes op grote schaal toepasbaar wordt. Zelfs het afvangen van CO₂, iets waar al veel meer onderzoek naar gedaan is en wat verder ontwikkeld is, is nog niet op grote schaal doorgebroken. Natuurlijk, met de recente aandacht voor methaan in het klimaatdebat kan het mogelijk wel sneller gaan. Bovendien kan de kennis die de afgelopen twee decennia vergaard werd met het zeoliet-onderzoek rond de conversie van methaan naar methanol, overgebracht worden naar het methaanafvangconcept. Dit zou moeten toelaten om demonstratieprojecten op locaties met een hoge methaanconcentratie uit te voeren voor 2030.'
Dit artikel werd geüpdatet op 8 november.
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.