Onderzoekers ontwikkelen een op waterstof gebaseerd autobrandstofsysteem zonder broeikasgasemissies, waarbij gebruik wordt gemaakt van een vloeistof die wordt omgezet door een katalysator. Deze methode, die nog steeds wordt onderzocht, wordt geconfronteerd met uitdagingen zoals de duurzaamheid van de katalysator en de milieuvriendelijkheid van de waterstofproductie, wat de noodzaak van politieke steun voor hernieuwbare energie benadrukt.
Onderzoekers van de Universiteit van Lund in Zweden hebben een innovatief autobrandstofsysteem ontwikkeld dat circulair werkt en de uitstoot van broeikasgassen vermindert. Dit systeem maakt gebruik van een unieke vloeistof die, in combinatie met een vaste katalysator, verandert in waterstofbrandstof voor het voertuig. Na gebruik wordt de verbruikte vloeistof uit de tank van het voertuig gehaald en opnieuw gevuld met waterstof, waardoor het klaar is voor hergebruik. Dit proces vormt een gesloten kringloopsysteem dat de impact op het milieu aanzienlijk vermindert.
In twee onderzoeksartikelen hebben de Lund-onderzoekers aangetoond dat deze methode werkt, en hoewel het nog steeds fundamenteel onderzoek is, heeft het de potentie om in de toekomst een effectief energieopslagsysteem te worden.
“Onze katalysator is een van de meest efficiënte, tenminste als je kijkt naar openbaar beschikbaar onderzoek”, zegt Ola Wendt, hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Lund en een van de auteurs.
Het aanpakken van de gevolgen voor het klimaat en het onderzoeken van waterstofgas
Het vinden van alternatieve manieren om energie te produceren, op te slaan en om te zetten om de CO2-uitstoot van fossiele brandstoffen te verminderen is essentieel om de impact op het klimaat te verminderen. Eén methode is het gebruik van het veelbesproken waterstofgas, dat door velen wordt gezien als een toekomstige oplossing voor energieopslag. De natuur slaat energie op in chemische bindingen, en waterstof heeft de hoogste energiedichtheid in verhouding tot zijn gewicht.
“Gas kan echter moeilijk te verwerken zijn, dus kijken we naar met waterstof gevulde vloeibare brandstoffen die aan de pomp kunnen worden geleverd, op een manier die sterk lijkt op wat er tegenwoordig bij benzinestations gebeurt”, zegt Ola Wendt.
Dit concept staat bekend als LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers) en is op zich niet nieuw. De uitdaging is om de meest efficiënte katalysator te vinden die waterstof uit een vloeistof kan halen.
Het systeem is bedoeld om te werken met een vloeistof die is 'geladen' met waterstof. De vloeistof wordt door een vaste katalysator gepompt die de waterstof extraheert. Dit zou gebruikt kunnen worden in een brandstofcel – die chemische brandstof omzet in elektriciteit – terwijl de ‘verbruikte’ vloeistof naar een andere tank beweegt. De enige uitstoot is water.
Grootschalige tanken en productie
De verbruikte vloeistof kan vervolgens bij een tankstation worden geleegd voordat er nieuwe vloeistof wordt bijgetankt. Dit kan betekenen dat deze stof op grote schaal moet worden geproduceerd, vergeleken met de huidige olieraffinaderijen.
“We hebben ruim 99% van het waterstofgas in de vloeistof omgezet”, zegt Ola Wendt.
Onderzoekers berekenen ook of de brandstof kan worden gebruikt voor grotere voertuigen zoals bussen, vrachtwagens en vliegtuigen.
“Dankzij hun grotere tanks kan het mogelijk zijn om bijna dezelfde afstand af te leggen als met een dieseltank. Bovendien kun je zo'n 50 procent meer energie omzetten vergeleken met gecomprimeerde waterstof”, zegt Ola Wendt.
Componenten en uitdagingen
De gebruikte vloeistoffen zijn isopropanol (een veelgebruikt ingrediënt in ruitensproeiervloeistof) en 4-methylpiperidine.
Klinkt dit te mooi om waar te zijn? Ja, voorlopig blijven er in ieder geval een aantal uitdagingen bestaan. De eerste is dat de levensduur van de katalysator tamelijk beperkt is. De andere reden is dat iridium, waarop de katalysator is gebaseerd, een edelmetaal is.
“Maar we schatten dat je per auto ongeveer twee gram iridium nodig hebt. Dit is te vergelijken met de katalysatoren die tegenwoordig worden gebruikt voor het reinigen van de uitlaatgassen, die ongeveer drie gram platina, palladium en rhodium bevatten, ook edele metalen.”
Dit is een technische oplossing gebaseerd op fundamenteel onderzoek. Als er wordt besloten om voor een eindproduct te gaan, denkt Ola Wendt dat het concept binnen tien jaar klaar kan zijn – op voorwaarde dat het economisch levensvatbaar is en er interesse is vanuit de gemeenschap.
Een ander probleem is de manier waarop waterstof geproduceerd moet worden, aangezien de meeste productie vandaag de dag niet klimaatvriendelijk is. Vervolgens moet de waterstof op een efficiënte manier worden opgeslagen en getransporteerd, wat tegenwoordig niet zo eenvoudig is. Ook zijn er risico’s verbonden aan het tanken van gecomprimeerde waterstof. De Lund-onderzoekers hopen dit probleem met hun methode op te lossen.
“Achtennegentig procent van de waterstof is tegenwoordig gebaseerd op fossiele brandstoffen en wordt geproduceerd uit aardgas. Het bijproduct is koolstofdioxide. Vanuit milieuoogpunt heeft het idee om waterstof te produceren voor staal, batterijen en brandstoffen geen zin als het gebeurt met behulp van aardgas”, zegt Ola Wendt. “, maar hij legt uit dat er veel lopend onderzoek is naar hoe we ‘groen kunnen gaan’. ‘Waterstof’ kan worden geproduceerd door water te splitsen in waterstof en zuurstof met behulp van hernieuwbare energie.
Tegelijkertijd is Ola Wendt van mening dat er politieke beslissingen nodig zijn zodat hernieuwbare en klimaatvriendelijke alternatieven een goede voet aan de grond kunnen krijgen.
“Het moet goedkoper zijn en er zijn politieke beslissingen voor nodig. Hernieuwbare energiebronnen hebben geen kans om te concurreren met iets dat zojuist uit de grond wordt gehaald, waarbij transport bijna de enige kostenpost is, zoals het geval is met fossiele brandstoffen.”
Referenties: “Onaanvaardbare dehydrogenering van 4-methylpiperidine door tonggebonden iridiumkatalysatoren in continue stroom” door Kaushik Chakrabarty, Alice Spangenberg, Vasudevan Subramanian, Andreas Hedderstedt, Omar Yousef Abdelaziz, Alexei F. Polokev, Rain Wallenberg, Christian B. Hultberg en I.F. Wendt, 27 juli 2023, Katalysewetenschap en technologie.
doi: 10.1039/D3CY00881A
“Iridium-gekatalyseerde dehydrogenering in een continue stroomreactor voor praktische waterstofopwekking aan boord uit vloeibare organische waterstofdragers” door Alexey V. Polukeev, Reine Wallenberg, Jens Uhlig, Christian P. Hulteberg en Ola F. Wendt, 9 maart 2022, ChemSusChem.
doi: 10.1002/cssc.202200085
“Reizende ninja. Onruststoker. Spekonderzoeker. Expert in extreme alcohol. Verdediger van zombies.”
More Stories
De op molybdeensuiker gebaseerde katalysator vernietigt effectief kooldioxide
Een waarschuwend verhaal over de bacterie die de ziekte van Lyme veroorzaakt
Mogelijk hebben we het weer mis gehad over de T.Rex, zegt nieuw onderzoek: ScienceAlert