Groene waterstofproductie wordt goedkoper dankzij deze nieuwe technologie
Kleine rutheniumdeeltjes en een door zonne-energie aangedreven systeem voor waterelektrolyse blijken een goede combinatie voor het produceren van waterstof. Dit blijkt uit een gezamenlijk onderzoek van Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Genua en BeDimensional S.p.A. (een spin-off van IIT). De technologie is gebaseerd op een nieuwe familie van elektrokatalysatoren die de kosten van groene waterstofproductie op industriële schaal zouden kunnen verlagen, aldus IIT.
Grijze, groene en blauwe waterstof
Waterstof wordt beschouwd als een alternatief voor fossiele brandstoffen. Maar niet alle waterstof is hetzelfde als het gaat om de impact op het milieu.
De belangrijkste manier waarop waterstof tegenwoordig wordt geproduceerd, is door middel van methaan stoomreforming, een proces op basis van fossiele brandstoffen waarbij kooldioxide (CO2) vrijkomt als bijproduct. De waterstof die door dit proces wordt geproduceerd, wordt geclassificeerd als 'grijs' (wanneer CO2 wordt vrijgelaten in de atmosfeer) of 'blauw' (wanneer CO2 wordt afgevangen en geologisch wordt opgeslagen).
Er zijn nieuwe groene waterstofproductieprocessen nodig om de uitstoot tegen 2050 tot nul te reduceren. De kosten van 'groene' waterstof zijn sterk afhankelijk van de energie-efficiëntie van de opstelling (de elektrolyse) die watermoleculen splitst in waterstof en zuurstof.
Maximale efficiëntie
De onderzoekers van het gezamenlijke team van deze ontdekking hebben een nieuwe methode ontwikkeld die een grotere efficiëntie garandeert dan de momenteel bekende methoden bij het omzetten van elektrische energie (de energie die wordt gebruikt om watermoleculen te splitsen) in de chemische energie die is opgeslagen in de geproduceerde waterstofmoleculen.
Het team ontwikkelde een katalysatorconcept en heeft hernieuwbare energiebronnen gebruikt, zoals de elektrische energie die door een zonnepaneel wordt geproduceerd.
“In ons onderzoek hebben we laten zien hoe het mogelijk is om de efficiëntie van een robuuste, goed ontwikkelde technologie te maximaliseren ondanks een initiële investering die iets hoger is dan wat nodig zou zijn voor een standaard elektrolytische cel. Dit komt doordat we gebruik maken van een edel metaal zoals ruthenium”, aldus Yong Zuo en Michele Ferri van de Nanochemistry Group van het IIT in Genua.
Ruthenium gemak
Het edelmetaal ruthenium lijkt qua chemisch gedrag op platina, maar is veel goedkoper. Het wordt in kleine hoeveelheden verkregen als bijproduct van de platinaextractie (30 ton per jaar, vergeleken met de jaarlijkse productie van 200 ton platina), maar tegen lagere kosten (18,5 dollar per gram tegenover 30 dollar voor platina).
Bij de nieuwe technologie wordt slechts 40 mg ruthenium per kilowatt gebruikt, in schril contrast met het uitgebreide gebruik van platina (tot 1 gram per kilowatt) en iridium (tussen 1 en 2,5 gram per kilowatt, waarbij iridium ongeveer 150 dollar per gram kost) dat kenmerkend is voor protonuitwisselingsmembraanelektrolyzers.
Door ruthenium te gebruiken hebben de onderzoekers van IIT en BeDimensional de efficiëntie van alkaline elektrolyzers verbeterd, een technologie die al tientallen jaren wordt gebruikt vanwege de robuustheid en duurzaamheid. Deze technologie was bijvoorbeeld aan boord van de Apollo 11-capsule die de mensheid in 1969 naar de maan bracht.
De nieuwe familie kathoden op rutheniumbasis voor alkaline elektrolyzers die is ontwikkeld, is zeer efficiënt en heeft een lange levensduur, waardoor de productiekosten van groene waterstof kunnen worden verlaagd.
Bron: Innovation Origins
