Onderzoekers ontdekken goedkope katalysator voor productie van waterstofgas

Op afgelegen locaties is de verbinding met het elektriciteitsnet niet direct vanzelfsprekend, als die er al is, heeft deze meestal niet onmiddellijk de meest betrouwbare. Daarom is zijn hernieuwbare energiebronnen die lokaal aanwezig zijn veelal een ideaal alternatief. Maar wanneer men volledig of voor een groot aandeel rekent op hernieuwbare energie heeft men waarschijnlijk een probleem met het feit dat de productie van hernieuwbare energiebronnen meestal variabel is en het is moeilijk om de productie van deze hernieuwbare energiebronnen af te stemmen op de vraag naar energie van de lokale bevolking en industrie. Dus op deze locaties zou een goedkope en efficiënte manier om energie op te slaan direct welkom zijn. Onderzoekers hebben aangekondigd dat ze een methode gevonden hebben gevonden waarmee het mogelijk is om de elektriciteit van bijvoorbeeld een zonnepaneel of een windmolen te gebruiken om water te doen opsplitsen in waterstofgas en in zuurstof. Het waterstofgas kan dan gebruikt worden om dan op een ander moment elektriciteit te gaan produceren in een brandstofcel of een generator.

De onderzoekers, onder leiding van prof. Daniel Nocera, hebben een systeem ontwikkeld waarbij er gebruik gemaakt wordt van een goedkope katalysator die het elektrolyseproces van water gemakkelijker doet verlopen. Elektrolyse staat in het algemeen voor de chemische reactie waarbij onder invloed van een elektrische stroom samengestelde stoffen worden ontleed tot enkelvoudige en/of andere samengestelde stoffen. Het principe van deze reacties is dat in te ontleden stof, die zich in vloeibare toestand bevindt, twee elektroden geplaatst worden. De ene is de anode en de andere de kathode. Tussen deze elektroden wordt een elektrisch potentiaal aangebracht. Hierdoor gaan de positief geladen deeltjes in de te ontleden stof naar kathode bewegen en de negatief geladen deeltjes naar de anode. Aan de kathode worden er elektronen afgestaan door de elektrode aan de stoffen in de oplossing. En aan de anode neemt de elektrode elektronen op uit de stoffen in de oplossing. Door deze twee elektronen-uitwisselingen wordt de stof opgesplitst in enkelvoudige en/of andere samengestelde stoffen gevormd.

Het elektrolyse proces, toegepast op water, kan dus gebruikt worden om elektrische energie te gaan opslaan voor later gebruikt. Want het waterstofgas die gevormd wordt is de brandstof die gebruikt wordt in bepaalde brandstoffen of ook in speciale generators. Maar tot nu toe was dit niet zo'n interessante oplossing als opslagtechniek voor energie. Dit komt doordat het proces van nature uit relatief langzaam verloopt. Men kan de snelheid opvoeren door er bepaalde katalysatoren toe te voegen aan de oplossing. Maar het probleem is dat deze meestal te duur zijn. Dit leidt er toe dat deze technologie tot nu toe te duur was om te kunnen concurreren op de energiemarkt.

Maar nu heeft Daniel Nocera en zijn team een katalysator gevonden die de prijs van commerciële elektrolysers voldoende laag kan brengen zodat deze wel kan concurreren op de energiemarkt. Indien er gebruikt gemaakt wordt van deze katalysator kan de kostprijs tussen 25% à 60% lager zijn dan de conventionele elektrolysers. Dis is voldoende om deze installatie ook rendabel te maken op kleine schaal, bijvoorbeeld deze kunnen dan gebruikt worden voor energie-opslag bij de mensen thuis.

Dit werkt van Daniel Nocera is onderdeel van een poging om het fotosynthese proces na te bootsen die plaats vindt in planten en dergelijke. Het gebruik van elektronen om water te splitsen is een belangrijke stap in het kunstmatig fotosynthese proces. Daniel Nocera probeert nu om dit proces voor de splitsing van water te commercialiseren door het bedrijf Sun Catalytix op te richten. De katalysator die men gebruikt zijn hier eigenlijk twee verschillende, de ene helpt bij de productie van het waterstofgas en de andere helpt bij de productie van het zuurstofgas. Deze laatste, de productie van zuurstof, is de reactie die moeilijk ligt doordat het deze reactie is die de snelheid van het totale proces beperkt. In 2008 ontwikkelde Daniel Nocera al een katalysator die helpt bij de reactie waarbij het zuurstofgas gevormd wordt. Maar toen verliep de reactie ook met de katalysator nog steeds te langzaam in vergelijking met de conventionele elektrolysers. Maar hij het systeem verder heeft ontwikkeld, verloopt de productie van het zuurstofgas 200 maal sneller. De oplossing was om een poreuze elektrode te gebruiken en daarop wordt dan de katalysator aangebracht. Doordat de elektrode poreus is, is de hoeveelheid katalysator in een bepaald gebied vele malen groter.

In de conventionele commerciële elektrolysers moet er voor de katalysators zure of hoogalkalische oplossingen gebruikt worden maar bij deze nieuwe katalysators kan er gewoon neutraal water gebruikt worden. De onderzoekers zeggen dat er zelfs water die rechtstreeks uit de zee of een rivier gebruikt kan worden. Dit zorgt ervoor dat deze technologie veel toegankelijker is voor het brede publiek en bruikbaar op kleinere schalen. Dit is interessant voor toepassingen in ontwikkelingslanden waar er veelal geen uitgebreid elektrisch netwerk beschikbaar is. De elektriciteit kan opgewekt worden door bijvoorbeeld een zonnepaneel. En aangezien er geen zuiver water vereist is, vergroot dit de inzetbaarheid van deze technologie in deze regio's.

Sun Catalytix hebben momenteel nog geen product op de markt gebracht maar de resultaten van hun testen en onderzoeken zien er wel al veelbelovend uit. De onderzoekers hebben wel al aangetoond dat er rivier- of zeewater gebruikt kan worden. Er moet wel nog onderzocht worden wat de levensduur van de installatie in dat geval is. Wat het kan zijn dat, in deze omstandigheden, de installatie snel stuk zal gaan. Er moet dus nog veel werk uitgevoerd worden voordat deze technologie betrouwbaar is. Er is dus nog een lange weg af te leggen voordat ze een commercieel product hebben.

via [technologyreview]