Onderzoekers ontwikkelen een op waterstof gebaseerd autobrandstofsysteem zonder uitstoot van broeikasgassen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een vloeistof die wordt omgezet door een katalysator. Deze aanpak wordt nog steeds onderzocht, maar wordt geconfronteerd met uitdagingen zoals de duurzaamheid van de katalysator en de milieuvriendelijkheid van de waterstofproductie, wat de noodzaak benadrukt om politieke steun te vinden voor hernieuwbare energie.

Onderzoekers van de Zweedse Lund Universiteit hebben een innovatief voertuigbrandstofsysteem ontwikkeld dat op een cyclische manier werkt en de uitstoot van broeikasgassen minimaliseert. Het systeem maakt gebruik van een unieke vloeistof die, in combinatie met een vaste katalysator, wordt omgezet in waterstofbrandstof voor gebruik in auto's. Na gebruik wordt de gebruikte vloeistof uit de brandstoftank van de auto gehaald, opnieuw gevuld met waterstof en kan opnieuw worden gebruikt. Dit proces creëert een gesloten systeem dat de impact op het milieu aanzienlijk vermindert.

Onderzoekers van de Universiteit van Lund hebben de effectiviteit van deze methode aangetoond in twee onderzoeksartikelen, en hoewel deze zich nog in de fundamentele onderzoeksfase bevindt, heeft deze de potentie om in de toekomst een efficiënt energieopslagsysteem te worden.

Ola Wendt, professor aan de afdeling scheikunde van de Universiteit van Lund en een van de auteurs van het artikel, zei: "Onze katalysator is een van de meest effectieve katalysatoren die momenteel beschikbaar zijn, althans volgens gepubliceerde onderzoeksresultaten."

Het bestrijden van de gevolgen voor het klimaat en het verkennen van waterstof

Om de CO2-uitstoot uit fossiele brandstoffen te verminderen moeten alternatieve methoden voor de productie, opslag en omzetting van energie worden gevonden om de impact op het klimaat te verminderen. Eén van die benaderingen is het veelbesproken waterstofgas, dat volgens velen een oplossing is voor toekomstige energieopslag. De natuur slaat energie op in chemische bindingen, en waterstofgas heeft de hoogste energiedichtheid in verhouding tot zijn gewicht. Gassen zijn echter moeilijk te verwerken, dus kijken we naar met waterstof gevulde vloeibare brandstoffen die via pompen kunnen worden geleverd, ongeveer op dezelfde manier waarop ze tegenwoordig bij benzinestations worden afgeleverd.

Dit concept, bekend als LOHC (vloeibare organische waterstofdrager), is niet nieuw. De uitdaging is nu om een ​​zo efficiënt mogelijke katalysator te vinden die waterstof uit vloeistoffen kan halen.

Het systeem is bedoeld om een ​​vloeistof te gebruiken die is "geladen" met waterstof. De vloeistof wordt door een vaste katalysator gepompt, waardoor de waterstof wordt geëxtraheerd. Dit kan worden gebruikt in brandstofcellen (waarbij chemische brandstof wordt omgezet in elektriciteit), waarbij de "verbruikte" vloeistof naar een andere tank wordt geleid. De enige uitstoot is water.

De gebruikte vloeistof kan bij het tankstation worden gedumpt en nieuw geladen vloeistof kan worden bijgevuld. Dat zou kunnen betekenen dat de stof op grote schaal moet worden geproduceerd, vergelijkbaar met de huidige olieraffinaderijen.

De onderzoekers zetten ruim 99% van de waterstof in de vloeistof om en berekenen of het mogelijk zou zijn de brandstof te gebruiken in grotere voertuigen zoals bussen, vrachtwagens en vliegtuigen.

"Met hun grote brandstoftanks kun je waarschijnlijk bijna dezelfde afstand afleggen als met een tank diesel," zei Ora-Winter. “Bovendien kun je zo’n 50 procent meer energie omzetten vergeleken met gecomprimeerde waterstof.”

Componenten en uitdagingen

De vloeistoffen die in het onderzoek werden gebruikt, waren isopropylalcohol (een veelgebruikt ingrediënt in schermreinigers) en 4-methylpiperidine. Klinkt dit niet een beetje te mooi om waar te zijn? Ja, voorlopig zijn er in ieder geval enkele uitdagingen. Eén daarvan is dat de levensduur van de katalysator vrij beperkt is. Een andere uitdaging is dat het iridium waarop de katalysator is gebaseerd een edelmetaal is.

"Maar we schatten dat elke auto ongeveer twee gram iridium nodig heeft", zei Ola Wendt. "Dat is vergelijkbaar met de huidige uitlaatgasreinigingskatalysatoren, die ongeveer drie gram platina, palladium en rhodium bevatten, wat ook edele metalen zijn."

Dit is een technische oplossing gebaseerd op fundamenteel onderzoek. Als er wordt besloten om een ​​eindproduct te produceren, denken de onderzoekers dat het concept binnen tien jaar kan worden gerealiseerd, zolang het economisch haalbaar en sociaal interessant is.

Een ander probleem is de manier waarop waterstof geproduceerd moet worden; momenteel is de meeste waterstofproductie niet klimaatvriendelijk. Dan is er ook de noodzaak om de waterstof op een efficiënte manier op te slaan en te transporteren, wat vandaag de dag nog niet zo eenvoudig is. Bovendien zijn er risico's verbonden aan het gebruik van gecomprimeerde waterstofbrandstof. Onderzoekers van de Universiteit van Lund hopen dit probleem met hun methode op te lossen.

"Momenteel is 98% van de waterstof fossiele waterstof, geproduceerd uit aardgas. Het bijproduct is koolstofdioxide", aldus Ola-Winter. “Vanuit milieuoogpunt heeft het concept geen zin als aardgas wordt gebruikt voor de productie van waterstof voor staal, batterijen en brandstof.” Maar hij legde uit dat er momenteel veel onderzoek wordt gedaan naar de manier waarop hernieuwbare energie kan worden gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof om ‘groene waterstof’ te produceren.

Tegelijkertijd moeten er politieke beslissingen worden genomen om hernieuwbare en klimaatvriendelijke alternatieven te kunnen verwezenlijken, die lagere kosten vereisen. dit. "Hernieuwbare energiebronnen kunnen niet concurreren met wat uit de grond wordt gegraven", concludeerde hij. "Transport is vrijwel de enige kostenpost, en hetzelfde geldt voor fossiele brandstoffen."

Referenties: Kaushik Chakrabarti, Alice Spangenberg, Vasudevan Subramaniyan, Andreas Hederstedt, Omar Y. Abdelaziz, Alexey V. Poluke ev, Reine Wallenberg, Christian P. Hulteberg en Ola F. Wendt publiceerden op 27 juli 2023 een artikel in Catalysis Science and Technology: "Acceptorvrije dehydrogenering van 4-methylpiperidine in continue stroom via een ondersteunde klemachtige gecoördineerde iridiumkatalysator."

doi:10.1039/d3cy00881a

"Iridium-gekatalyseerde dehydrogenering in een continue stroomreactor om praktische waterstof aan boord te genereren 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

Samengestelde bron: ScitechDaily