Op nanokoperdeeltjes kun je koolstofdioxide omzetten in een mengsel van etheen, ethanol en propanol, met een minimum aan elektrische energie. Al snappen Peidong Yang en collega’s van Berkeley Lab nog niet hoe dat kan, schrijven ze deze week in PNAS.

Het bijzondere aan hun katalysator is dat hij zichzelf assembleert. Je gaat uit van koperbolletjes met een diameter van 7 nm, die je dicht tegen elkaar op een koolstofelektrode legt. Die bouw je in in een elektrochemische cel. En als je daar CO₂ en H₂O bij doet en er een spanning overheen zet, zie je eerst dat de bolletjes gaan klonteren tot kubusjes van 10 tot 40 nm die verspreid op het oppervlak liggen.

Pas dan komt de productie van C₂- en C₃-moleculen (voornamelijk etheen, ethanol en n-propanol in een massaverhouding 1,3 : 0,8 : 0,2) op gang. En eenmaal gevormd blijken de kubusjes zeer stabiel: de onderzoekers hebben het proces al 10 uur achtereen laten draaien zonder dat de prestaties achteruit gingen.

Het bijzondere is dat de overpotentiaal, die nodig is om de reactie op gang te brengen, ongeveer 0,3 V lager is dan gebruikelijk bij katalytische omzetting van CO₂. Aan 0,75 V heb je al genoeg voor een redelijke productopbrengst. Ten eerste bespaart dat energie (want die overpotentiaal is in principe puur verlies), ten tweede levert het een veel ruimere keuze op aan bruikbare spanningsbronnen. Het wordt bijvoorbeeld makkelijker om het systeem te voeden met zonne-energie.

Voorlopig hebben de onderzoekers alleen naar de katalysator gekeken en niet naar alles wat je er nog omheen moet bouwen om daadwerkelijk CO₂ om te zetten. Maar op basis van gegevens van commercieel verkrijgbare componenten schatten ze het energetisch rendement op 24 % als je elektriciteit uit het stopcontact gebruikt, en 4,3 % als je vanuit de zon redeneert.

Jammer is wel dat ze nog nauwelijks een idee hebben van wat wat er precies met die nanodeeltjes gebeurt, en met de moleculen die er op landen. Maar dat is van later zorg.

bron: DoE/Berkeley Lab