Hoe je met plasma CO2 splitst voor zonnebrandstof

Een veelbelovende manier om zonne-energie op te slaan is in de vorm van een brandstof. De belangrijkste stap hierbij  – het omzetten van CO2 naar CO – kun je met een plasma zeer efficiënt doen. Maar hoe werkt dit precies? Fysicus Bart Klarenaar ontrafelde het proces in groot detail en promoveerde gisteren cum laude op zijn onderzoek.

Zonne-energie wordt overdag opgewekt, terwijl de meeste vraag naar elektriciteit toch vooral ’s avonds en ’s nachts is. Zo’n energieoverschot zou je kunnen opslaan in een brandstof. Daarbij wordt zonne-energie gebruikt om CO2 te reduceren naar CO, wat daarna wordt omgezet naar koolwaterstoffen. Bij het ontbranden van deze ‘zonnebrandstof’ komt de opgeslagen energie dan weer vrij.

Plasma

Voor een succesvolle toepassing van deze methode is het van belang de omzetting van CO2 naar CO te optimaliseren, deze stap kost de meeste energie. Een relatief nieuwe manier is om dit in een plasma te doen - een gas met geladen deeltjes – waarin de CO2-moleculen door botsingen met elektronen, en met elkaar, aan het trillen worden gebracht. Dat is in theorie veel energiezuiniger dan het alternatief, waarbij je het hele gas verwarmt.

Trillingen

Om deze splitsing van CO2 met plasma te optimaliseren is een gedetailleerd, fundamenteel inzicht in dit proces nodig. Tijdens zijn promotieonderzoek heeft Bart Klarenaar daar een aantal belangrijke stappen in gezet. Met verschillende spectroscopische technieken legde hij in detail de karakteristiek bloot van de trillingen en rotaties van de CO2-moleculen tijdens de opwarming door het plasma. Hiermee kunnen andere onderzoekers, zoals bijvoorbeeld bij DIFFER, de plasma’s optimaler laten functioneren.

Onafhankelijk

Volgens zijn eerste promotor, dr. Richard Engeln, en tweede promotor prof.dr.ir. Richard van de Sanden verdient het werk van Klarenaar het predicaat ‘cum laude’ vanwege de grote verbeteringen die hij behaalde, zowel in het begrip van de plasma’s als de technieken die hij gebruikte. Ook roemen ze zijn onafhankelijkheid: hij kwam eigenhandig tot zijn resultaten en zette samenwerkingen op met groepen uit Lissabon en Parijs.

Brand

Klarenaar deed iets langer over zijn promotieonderzoek dan de gebruikelijke vier jaar, maar daar kon hij zelf niets aan doen: door een brand in zijn lab – buiten zijn schuld – werd zijn onderzoeksopstelling compleet verwoest. Maar hij gebruikte slim de periode tot zijn nieuwe apparatuur geleverd voor de buitenlandstage van drie maanden die iedere promovendus kan doen. Zo wist hij de vertraging te minimaliseren tot slechts twee maanden.

Prijzen

Bart Klarenaar (1989) studeerde Technische Natuurkunde aan de TU Eindhoven. Zijn promotieonderzoek deed hij in de groep Plasma & Materials Processing, onder begeleiding van dr. Richard Engeln en prof.dr.ir. Richard van de Sanden. Hij won meerdere prijzen voor presentaties die hij gaf tijdens wetenschappelijke conferenties. De eervolle vermelding ‘cum laude’ die hij kreeg is relatief zeldzaam: gemiddeld vijf procent van de proefschriften komt ervoor in aanmerking.