Op een membraan van ceriumoxide kun je koolstofdioxide continu splitsen in koolstofmonoxide en zuurstof, met alleen zonlicht als energiebron. En de gassen zijn meteen gescheiden ook, schrijven Zwitserse onderzoekers in de eerste editie van het tijdschrift Joule.

Aldo Steinfeld en collega’s gebruiken hiervoor cerium(IV)oxide met iets te weinig zuurstof, en dus met gaten in de kristalstructuur en hier en daar een Ce⁴⁺ die tot Ce³⁺ is gereduceerd. In deze structuur kunnen zuurstofionen zich vrij gemakkelijk verplaatsen van gat naar gat. Je bakt er membranen met een dikte van ongeveer 0,5 mm van door een mengsel van ceriumoxidepoeder en kunststof te sinteren.

Verhit je met een geconcentreerde bundel zonlicht de bovenkant van zo’n membraan tot 1600 °C, dan wordt er nog meer Ce⁴⁺ tot Ce³⁺ gereduceerd en gasvormig O₂ gevormd. En als je dat gas aan de onderkant van het membraan wegzuigt, dan verplaatsen zuurstofionen zich vanzelf daarheen en laten bovenin steeds meer gaten achter.

Is aan de bovenkant CO₂ aanwezig, dan onttrekt het ceriumoxide daar zuurstofionen aan om die gaten weer te vullen. Het wordt dus gereduceerd tot CO. Deze tweede redoxreactie is exotherm dus het ceriumoxide wordt alleen maar warmer.

In 2010 presenteerde Steinfeld al eens een vergelijkbaar opzetje. Maar dat werkte niet continu: de twee reacties wisselden elkaar af, waarbij verschillende temperaturen en drukken nodig waren. Bij zijn nieuwe reactorontwerp is dat niet meer nodig: beide reacties verlopen tegelijk en gaan door zolang je energie en CO₂ aanvoert aan de ene kant, en O₂ en CO afvoert aan de andere kant.

De eerste proeven laten zien dat het werkt, en onder de elektronenmicroscoop zie je na zeven uur zuurstofproductie nog geen veranderingen in de membraanstructuur. Het energetisch rendement bedraagt voorlopig minder dan één procent maar de auteurs hebben dan ook nog geen enkele poging gedaan om hun proof of concept te verbeteren - thermodynamische berekeningen leren dat theoretisch 40% haalbaar moet zijn.

bron: Joule