Een energiecentrale die broeikasgassen opneemt

Aravind Purushothaman Vellayani, ofwel P.V. Aravind, is zijn hele carrière al bezig energiesystemen efficiënter en duurzamer te maken. Sinds 2019 is hij in Groningen hoogleraar Energy Conversion en werkt hij aan brandstofcellen die brandstof in stroom omzetten en andersom. Waterstof is zo’n brandstof.

‘Mijn droom is een energiecentrale te bouwen met een negatieve emissie.’ Als jongeman bracht zijn ambitie energiesystemen efficiënter en duurzamer te maken P.V. Aravind naar Europa. Hij studeerde in Oldenburg, promoveerde in Delft, richtte daar een eigen onderzoeksgroep op en verkaste in september 2019 naar de RUG. ‘Stel je eens voor: een energiecentrale die afval uit bossen omzet in elektriciteit, en die bovendien kooldioxide uit de atmosfeer om kan zetten in brandstof en in chemicaliën en plastics met behulp van overtollige wind- en zonne-energie. Zo’n centrale, die twee kanten op werkt met behulp van brandstofcellen, zou binnen afzienbare tijd werkelijkheid kunnen worden,’ zegt Aravind. ‘Alle benodigde componenten zijn er, we moeten ze alleen efficiënter maken, de levensduur verbeteren en ze integreren in een enkel systeem’, legt hij uit.

Veel windenergie

In Delft werkte Aravind aan de ontwikkeling van zo’n ‘negatieve emissie’ energiecentrale die broeikasgassen uit de atmosfeer kan halen. Waarom maakte hij de overstap naar Groningen? ‘Ik denk dat dit de meest logische plaats is om zo’n omkeerbare negatieve-emissiecentrale uiteindelijk echt te bouwen. Er is hier een boel windenergie beschikbaar, de regio heeft een leidende positie in waterstof en er ligt een goed distributiesysteem voor gas.’ Daarnaast is er voor de ontwikkeling van de brandstofcellen die Aravind wil bouwen kennis nodig uit de materiaalwetenschappen, een vakgebied waarin de RUG uitblinkt. ‘Verder heb je voor een elektriciteitsnet dat stroom uit verschillende bronnen moet balanceren, regelsystemen nodig. En ook die vormen een belangrijk onderzoeksonderwerp aan de Faculty of Science and Engineering van de RUG’.

Knalgasproef

Aravind is in Groningen aangesteld op de leerstoel die eerder werd bezet door Howard Levinsky, die gasverbranding bestudeerde. ‘We zijn nu bezig om het laserlab dat hij gebruikte opnieuw in te richten, om er chemische oxidatie van de elektroden van brandstofcellen mee te kunnen bestuderen. Wat we gaan onderzoeken is bijvoorbeeld hoe en waar brandstof in de cellen oxideert en hoe de temperatuurverdeling in de brandstofcellen is. Met die kennis kunnen we ze veiliger en efficiënter maken.’ Dit soort brandstofcellen loopt doorgaans op waterstof, die ze kunnen omzetten in stroom. Maar de cellen kunnen, andersom, met stroom ook waterstof produceren. In de natuurkundeles heette het de ‘knalgas’-proef: als je door water, H2O, stroom leidt, wordt het door elektrolyse gesplitst in waterstof, H2, en zuurstof, O2. Breng je die beide gassen twee op één samen, tot knalgas, en houd je er een vlammetje bij, dan komt de elektrolyse-energie met een knal weer vrij met vorming van water. In een brandstofcel worden waterstof en zuurstof overigens direct omgezet in water en elektronen (stroom), dus zonder verbranding of knal. De brandstofcellen kunnen bovendien waterstof combineren met kooldioxide en chemicaliën tot plastics of brandstof.

Natuurrampen

Meer algemeen gezegd richt het onderzoek van Aravind zich op het snijvlak van de thermodynamica, ontwerp van energiecentrales, en elektrochemische systemen. Zijn vakgebied ontwikkelde zich de afgelopen tien jaar razendsnel. Maar die snelheid is ook hard nodig, zegt Aravind: ‘Het aantal door klimaatverandering veroorzaakte natuurrampen neemt al toe, dus we moeten nu echt werk maken van het verwijderen van broeikasgas uit de atmosfeer.’ Energiecentrales met negatieve emissie kunnen een deel van de oplossing zijn, maar bijvoorbeeld het planten van meer bomen zal ook nodig zijn. En die extra bomen zullen afval produceren, zoals snoeiafval, dat weer bruikbaar is om energie op te wekken. ‘We kunnen niet gokken op één technologie’, benadrukt Aravind. ‘We hebben alle opties die we kunnen bedenken nodig.’

Technici opleiden

Naast zijn onderzoek is Aravind ook betrokken bij onderwijs. ‘We zijn bezig om een studierichting ‘energiesystemen ontwerpen’ op te zetten binnen de master Mechanical Engineering van de RUG.’ Ook werkt Aravind samen met de Hanzehogeschool en het Noorderpoort college, om de technici op te leiden die broodnodig zijn voor de energietransitie. En de EnTranCe faciliteit van de Hanze (het Energy Transition Centre, een centrum voor het testen van toegepaste onderzoek naar de energietransitie op de Zernike Campus) speelt ook een rol in de plannen van Aravind, zowel bij onderwijs als onderzoek. ‘De ontwikkelingen in de energietransitie gaan zo snel dat we nieuwe manieren moeten vinden om mensen hiervoor op te leiden’, besluit hij.

Dit artikel is in de zomer verschenen in ons alumnimagazine Broerstraat 5, juli 2020. Tekst: René Fransen.