Een nieuwe katalysator die gebruik maakt van een enkel platina-atoom zou de waterstofopslag voor hernieuwbare energiebronnen kunnen vereenvoudigen. De katalysator, ontwikkeld door wetenschappers van de City University of Hong Kong (CityU) en getest door collega’s van het Imperial College London, zou goedkoop en op grote schaal kunnen worden gebruikt.
Een nieuwe katalysator die gebruik maakt van een enkel platina-atoom, ontwikkeld door de City University van Hong Kong en getest aan het Imperial College London, belooft het gemakkelijker en zuiniger te maken om waterstof op te slaan met behulp van hernieuwbare energiebronnen. Deze innovatie verspreidt platina-atomen op molybdeensulfide, waardoor de hoeveelheid gebruikt platina wordt verminderd en de elektrolyse-efficiëntie wordt verbeterd.
Co-auteur Professor Anthony Kucernak, van het Departement Scheikunde aan het Imperial College London, zei: “De Britse waterstofstrategie stelt een ambitieus doel van 10 GW aan koolstofarme waterstofproductiecapaciteit tegen 2030. Om dit te bereiken moeten we de productie van goedkope, gemakkelijk te produceren en efficiënte waterstofopslag verhogen. Nieuwe elektrokatalysatoren kunnen hieraan een belangrijke bijdrage leveren en uiteindelijk Groot-Brittannië helpen zijn doel van netto nul-uitstoot in 2050 te bereiken.”
De elektriciteitsopwekking uit hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie groeit snel. Een deel van de geproduceerde energie moet echter worden opgeslagen voor gebruik als de weersomstandigheden niet bevorderlijk zijn voor wind- en zonne-energie. Een veelbelovende aanpak is het opslaan van energie in de vorm van waterstof, die kan worden opgeslagen en getransporteerd voor later gebruik.
Om dit te doen, wordt hernieuwbare energie gebruikt om watermoleculen te splitsen in waterstof en zuurstof, waarbij de energie wordt opgeslagen in de waterstofatomen. Hiervoor is het gebruik van een platinakatalysator nodig om de splitsingsreactie van watermoleculen te stimuleren, ook wel elektrolyse genoemd. Hoewel platina een uitstekende katalysator voor deze reactie is, is het zowel duur als zeldzaam, dus het minimaliseren van het gebruik ervan is belangrijk om de systeemkosten te verlagen en de platina-extractie te beperken.
Nu heeft het team in een recente studie gepubliceerd in Nature een katalysator ontworpen en getest die zo min mogelijk platina gebruikt, wat resulteert in een efficiënt maar kosteneffectief waterscheidingsplatform.
Hoofdonderzoeker professor Zhang Hua van de City University van Hong Kong zei: "Waterstof geproduceerd door elektrokatalytische watersplitsing wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende schone energiebronnen om fossiele brandstoffen in de nabije toekomst te vervangen en kan de milieuvervuiling en het broeikaseffect verminderen."
testinstrumenten
De innovatie van het team omvat het verspreiden van platina met één atoom in molybdeensulfide (MoS2) vlokken. Hierbij wordt veel minder platina gebruikt dan bij bestaande katalysatoren en worden de prestaties zelfs verbeterd omdat het platina een interactie aangaat met het molybdeen, waardoor de reactie efficiënter wordt.
Door dunne katalysatoren op dragers van nanoplaten te laten groeien, kon het CityU-team materialen met een hoge zuiverheidsgraad creëren. Het laboratorium van professor Kuchenak in Imperial karakteriseerde vervolgens de materialen en ontwikkelde methoden en modellen om te bepalen hoe de katalysator werkt.
Het Imperial-team beschikte over de middelen om rigoureuze tests uit te voeren, omdat ze verschillende technieken specifiek voor het werken met deze katalysator hadden ontwikkeld. Professor Kuchenak en zijn collega's hebben verschillende bedrijven opgericht op basis van deze technologieën, waaronder RFCPower, gespecialiseerd in waterstofstroombatterijen.
Gebruik waterstof
Zodra de hernieuwbare energie is opgeslagen in de vorm van waterstof, is voor het opnieuw gebruiken ervan als elektriciteit conversie nodig met behulp van brandstofcellen, die waterdamp produceren als bijproduct bij de zuurstofsplitsingsreactie. Onlangs ontdekten professor Kuchenak en collega's een katalysator met één atoom voor deze reactie die gebaseerd is op ijzer in plaats van platina, wat ook de kosten van de technologie zal verlagen.
Een ander spin-off bedrijf onder leiding van professor Kuchenak, Bramble Energy, zal de technologie in zijn brandstofcellen testen. Dus beide katalysatoren met één atoom – een die helpt hernieuwbare energie om te zetten in waterstof voor opslag, en een andere die helpt die energie later vrij te geven als elektriciteit – hebben de kracht om de waterstofeconomie dichter bij de realiteit te brengen.