Een belangrijke kandidaat hiervoor is waterstof geproduceerd uit restmateriaal van plantaardige of dierlijke herkomst, ofwel “biomassa”. De CO2-uitstoot bij verbranding van biomassa is beperkt, en de bron van de biomassa – vaak bomen – halen CO2 uit de atmosfeer. Maar hoewel biomassa dus veel potentie heeft, heerst er nog discussie over wat de beste manier is voor de omzetting van biomassa in energie.

Vergassing en pyrolyse

Er zijn momenteel twee veelgebruikte methoden om biomassa om te zetten in energie: vergassing en pyrolyse. Vergassing brengt vaste of vloeibare biomassa naar temperaturen rond de 1000°C. Door de snelle opwarming “verdampt” de biomassa, waarna er drie producten ontstaan: olie, gas, dat “syngas” wordt genoemd, en een vaste, houtskoolachtige stof die we “biochar” noemen.

Syngas is een mengsel van waterstof, methaan, koolmonoxide en andere koolwaterstoffen, dat kan worden gebruikt als biobrandstof om stroom op te wekken. Biochar is een vaste stof die vooral voor gebruik in de bodem wordt vervaardigd. Toediening van biochar in de bodem vergroot namelijk de vruchtbaarheid, vermindert de broeikasgasemissies uit de bodem en bevordert de koolstofvastlegging.

De andere methode, pyrolyse, is vergelijkbaar met vergassing, maar hierbij wordt de biomassa onder zuurstofloze omstandigheden bij lagere temperaturen verhit, tussen de 400 en 800°C. Er zijn drie soorten pyrolyse: conventionele, snelle en zeer snelle, ofwel flash pyrolyse. Die eerste twee nemen de meeste tijd in beslag en zorgen voor de meeste houtskoolproductie.

Flash pyrolyse vindt plaats bij 600°C en produceert het meeste syngas. Een nadeel is dat het gespecialiseerde reactoren nodig heeft die de hoge temperaturen en de hoge druk aankunnen.

Flitslicht

Nu hebben wetenschappers aan de Technische Universiteit van Lausanne een nieuwe methode ontwikkeld voor pyrolyse van biomassa, die niet alleen waardevol syngas produceert maar ook biochar die in andere toepassingen kan worden hergebruikt. De studie is gepubliceerd in Chemical Science.

De methode voert flash pyrolyse uit met behulp van een xenonlamp, die gewoonlijk wordt gebruikt voor het uitharden van metaalinkten. Het witte flitslicht van de lamp zorgt voor een krachtige energiebron en voor korte pulsen die een fotothermische chemische reactie (wanneer lichtenergie wordt omgezet in hitte) bevorderen. Het idee is om een krachtig flitslicht te genereren dat direct de omzetting van biomassa in syngas en biochar activeert.

Bananen voor waterstofproductie

Het team paste de flitstechniek toe op verschillende bronnen van biomassa: bananenschillen, maïskolven, sinaasappelschillen, koffiebonen en kokosschillen. Deze worden eerst 24 uur bij 105°C gedroogd en daarna vermalen en gezeefd tot een dun poeder. Het poeder wordt vervolgens bij omgevingsdruk in een roestvrijstalen reactor geplaatst. De Xenon-lamp knippert en het hele conversieproces is in enkele milliseconden voorbij.

“Elke kilo gedroogde biomassa kan ongeveer 100 liter waterstof en 330 gram biochar genereren”, vertelt Bhawna Nagar, die meewerkte aan het onderzoek.

Een voordeel van deze methode is dat beide eindproducten, waterstof en de vaste stof biochar, waardevol zijn. De waterstof uit het syngas kan worden gebruikt als ‘groene’ brandstof, terwijl de biochar als meststof kan dienen of kan worden gebruikt om elektroden mee te maken.