Wetenschappers bouwen energiezuinige reactor die van rioolwater biobrandstof en waterstof maakt

De reactor maakt in de eerste plaats van biologische restromen, zoals landbouwafval, algen en rioolwater bio-olie. Dit gebeurt dankzij een bestaand proces dat hydrothermische liquefactie (HTL) heet. Simpel gezegd zorgt HTL ervoor dat natte biomassa onder lage temperaturen en hoge druk omgezet wordt in ruwe olie. Het is in wezen hetzelfde proces waarmee de aarde gedurende miljoenen jaren van dode organismen fossiele brandstoffen maakt. HTL doet hetzelfde trucje in enkele minuten.

Biologische resten worden olie

Het probleem is dat bestaande HTL-processen heel veel energie vragen. “Om vandaag de dag bio-olie te maken is waterstof nodig onder hoge druk. Deze waterstof wordt meestal gemaakt met aardgas”, zegt Juan A. Lopez-Ruiz, chemisch ingenieur en projectleider van PNNL tegen Geekwire. “Ons systeem kan deze waterstof zelf genereren en tegelijkertijd het afvalwater behandelen met behulp van hernieuwbare energie. Hierdoor is het proces goedkoop en in potentie klimaatneutraal.”

Lees ook: China schroeft productieplannen groene waterstof flink op

Technisch hoogstandje

Het systeem werkt als volgt. Het proces begint met een mengsel van bio-olie en afvalwater in een stroomcelreactor: een apparaat dat stroom elektriciteit opwekt door chemische reacties. De reactor bestaat uit twee delen die worden gescheiden door een membraan. Dit membraan laat protonen door, maar niet elektronen. Als het bio-oliemengsel in het eerste deel stroomt komt het in aanraking met een dunne titaniumfolie die is gecoat met een microscopisch laagje rutheniumoxide. Wat volgt is een chemische reactie die de afvalstroom breekt in aparte grondstoffen die gebruikt kunnen worden als biobrandstof.

Waterstof en zonne-energie

Daarna gaat het afvalwater naar het tweede deel van de reactor. Hier reageert het met geladen koolstofvilt, waardoor waterstofgas ontstaat. Een deel van dit waterstofgas wordt gebruikt om de reactor van energie te voorzien. Het overgrote deel kan worden opgeslagen en worden gebruikt voor andere doeleinden. Omdat het systeem zichzelf van energie voorziet heeft het nog maar een beperkte hoeveelheid elektriciteit nodig, die bijvoorbeeld opgewekt kan worden met zonnecellen. Nadat het afvalmengsel door de twee delen van de reactor is gestroomd kan het water zelfs verder gezuiverd worden tot drinkwater.

Lees ook: Waar gebruik je waterstof voor?

Rioolwater en zeldzame metalen

Inmiddels heeft het systeem bijna 200 uur zonder problemen gedraaid. De test moest stopgezet worden omdat de invoer van biologisch materiaal op was. “Het is een hongerig systeem”, zegt Lopez-Ruiz. “Het kan oneindig draaien zolang we het blijven voeden met rioolwater.”

Maar er zitten ook nadelen aan het systeem. Het apparaat is namelijk sterk afhankelijk van zeldzame metalen. Maar dit probleem is overkomelijk, denkt Lopez-Ruiz. Dankzij de coating van rutheniumoxide werkt de reactor met titanium, dat al een stuk makkelijker te verkrijgen is dan platina dat vaker in dit soort reactoren wordt gebruikt.

Lees ook: Nieuwe manier om waterstof te maken ontdekt

Kleine installaties bij brouwerijen

Lopez-Ruiz ziet het liefst dat zijn reactor op kleine schaal wordt nagebouwd in de buurt van afvalwaterstromen, bijvoorbeeld bij boerderijen, brouwerijen en afvalwaterzuiveringen. Het inmiddels gepatenteerde systeem van PNNL, dat onderdeel is van het Amerikaanse ministerie van Energie, is op dit moment al beschikbaar voor gemeenten en bedrijven. Het Amerikaanse energiebedrijf CogniTek is een van de eerste die het systeem gebruikt in hun biomassaverwerkers.