Plus Waterstof: hoe kan het goedkoper?

Onderzoekers en ontwikkelaars maken al jarenlang gewag van waterstof als brandstof van de toekomst. Er zijn echter heel wat bezwaren die een echte doorbraak tot nu toe verhinderden. Een daarvan: de hoge productiekosten. We stellen u enkele veelbelovende onderzoeken voor die daar verandering in kunnen brengen.

Elke Doms | 8 januari 2020
01 4 Mirai
De volgende versie van de Toyota Mirai zou twee derde minder platina bevatten dan het huidige model.
© Toyota

Waterstof wordt beschouwd als dé energiedrager van de toekomst, bijvoorbeeld voor gebruik in brandstofcelauto’s of voor de opslag van groene stroom. Waterstof wordt geproduceerd door water via elektrolyse om te zetten in waterstof enerzijds en zuurstof anderzijds. Maar elektrolyse is een dure techniek. Dat komt omdat elektrolyzers een katalysator nodig hebben om de chemische reacties te versnellen, en dat zijn meestal edelmetalen (lees: dure metalen) zoals platina.

TU Eindhoven: nanokooi van platina en nikkel

Wie? Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven samen met Chinese, Singaporese en Japanse onderzoekers.

Wat is het? Een katalysator die 20 keer efficiënter is dan de huidige elektrolyzers, en dus minder platina vereist.

Hoe werkt het? De onderzoekers bouwden een holle ‘nanokooi’, een piepkleine atoomconstructie, uit een legering van platina en nikkel. Door de speciale vorm van de nanokooi is er meer contactoppervlak, waardoor het waterstof sneller en beter reageert. Meer activiteit, betekent dat er minder materiaal nodig is als katalysator. Daardoor kan er bespaard worden op platina. De nanokooien gaan ook lang mee. Na 50.000 keer gebruik in een brandstofcel, was de efficiëntie van de katalysator nauwelijks afgenomen.

Van het lab naar de praktijk? Voorlopig konden de resultaten al worden bevestigd in experimentele tests in een brandstofcel. De onderzoekers willen op termijn een elektrolyzer van 10 megawatt ontwikkelen ter grootte van een koelkast.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het vakblad Science.

University of New South Wales: ijzer en nikkel

Wie? Onderzoekers onder leiding van een team van de University of New South Wales (Australië).

Wat is het? Een methode om zeldzame edelmetalen in elektrolyzers te vervangen door de goedkopere, ruim voorradige metalen ijzer en nikkel.

Hoe werkt het? IJzer en nikkel werken normaal gezien niet als katalysator, in tegenstelling tot platina. Door nanotechnologie, waarbij materialen heel andere eigenschappen krijgen op microscopische schaal, kregen de onderzoekers dat wél voor elkaar. Ze legden de nikkel- en ijzeratomen in een klein raster, waar elk atoomkoppel in aanraking komt met een waterdeeltje. Zo wordt het water deeltje per deeltje gesplitst. De nikkel-ijzerkatalysator bleek zo even efficiënt als de standaard katalysatoren op basis van platina. Bijkomend voordeel: de nieuwe katalysator versnelt zowel de reactie aan de kathode van de elektrolyzer (waar de waterstofreactie plaatsvindt) als aan de anode (waar de zuurstof geproduceerd wordt). Meestal zijn daar twee aparte katalysatoren voor nodig. Met de nikkel-ijzercombinatie kunnen dus meteen ook de kosten van een tweede katalysator uitgespaard worden.

Van het lab naar de praktijk? Het onderzoek werd voorlopig enkel aangetoond in het labo. Verder onderzoek is nog nodig om de methode op te schalen.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het vakblad Nature Communications.

Uitsmijter: Bosch en Toyota

Persbureau Reuters meldt dat Bosch, de Duitse leverancier van auto-onderdelen, werkt aan een brandstofcel die niet meer platina vereist dan een dieselmotor. Dat wil zeggen: zo’n drie tot zeven gram platina, tegenover de 30 à 60 gram die momenteel nodig zijn in een brandstofcel. Er zijn geen details bekend over de gebruikte methode. Nog volgens Reuter zou de nieuwe brandstofcel vanaf 2022 op de markt komen.

Ook van Toyota wordt gefluisterd dat ze een manier hebben gevonden om de hoeveelheid platina terug te dringen. De volgende versie van de Toyota Mirai, momenteel de best verkochte personenwagen op waterstof, zou tot twee derde minder platina bevatten dan het huidige model.

Groene of grijze waterstof?

Een van de redenen waarom waterstof zo gegeerd is als brandstof, is omdat er geen CO2 uitgestoten wordt. Dat geldt niet noodzakelijk voor de productie van waterstof. Als de elektriciteit voor de elektrolyse opgewekt wordt met fossiele brandstoffen, gaat een deel van het duurzame effect verloren. Dat staat echter los van de bovenstaande onderzoeken.

Verder lezen?

Maak een profiel aan en lees Susanova nu 1 maand gratis.