Roest als katalysator bij waterstofopslag

Onderzoekers in Japan hebben een goedkope, hoogpresterende katalysator voor waterstofopslag ontwikkeld met behulp van een gewijzigde vorm van ‘groen roest’, een veelvoorkomend ijzerhydroxidemineral.

Het werk, uitgevoerd aan het National Institute for Materials Science (NIMS), laat een methode zien om waterstof vrij te maken uit natriumborhydrid (NaBH4) zonder gebruik te maken van dure edelmetalen zoals platina. Dit pakt een belangrijk obstakel aan bij het gebruik van waterstof als schone brandstof.

“Wij verwachten dat onze katalysator gebruikt zal worden voor waterstofbrandstofcellen in veel toepassingen aan boord, zoals auto’s en schepen,” zei onderzoeksleider Yusuke Ide. “Hopelijk zal dit leiden tot verschillende vormen van emissievrije mobiliteit.”

Natriumborhydride

Hoewel materialen in vaste toestand waterstof kunnen opslaan, vereisen veel daarvan hoge temperaturen voor vrijgave, wat praktische beperkingen oplevert. Natriumborhydride is een alternatief dat waterstof genereert via hydrolyse bij kamertemperatuur. Deze reactie vereist echter een katalysator. De hoge kosten van traditionele katalysatoren, zoals platina, hebben de economische haalbaarheid van deze technologie voor grootschalige toepassingen beperkt.

Kosteneffectieve oplossing

Het onderzoeksteam presenteert een kosteneffectieve oplossing. Ze hebben groen roest, een materiaal dat voorheen als te instabiel werd beschouwd, gemodificeerd door de deeltjes te behandelen met een kopchloride-oplossing. Deze behandeling vormt nanokristallen van koperoxide aan de randen van de deeltjes, waardoor zeer actieve plekken voor waterstofproductie ontstaan.

De katalysator maakt gebruik van zonne-energie. De groenroeststructuur absorbeert zonlicht en de energie wordt via de koperclusters overgedragen, wat de efficiëntie van de hydrolysereactie verhoogt en de snelheid van waterstofproductie vergroot.

“Prestatieproeven toonden aan dat de nieuwe katalysator een hoge omzetfrequentie voor waterstofproductie bereikt, vergelijkbaar met of zelfs hoger dan die van traditionele materialen op basis van edelmetalen,” aldus de onderzoekers. “Daarnaast vertoonde hij uitstekende duurzaamheid en behield hij de katalytische activiteit bij herhaald gebruik.”

Praktische implicaties

De katalysator werkt effectief bij kamertemperatuur, is relatief eenvoudig te produceren en kan worden geïntegreerd in bestaande waterstofsystemen. In combinatie met lopende inspanningen om de productie van natriumborhydride tegen lage kosten te ontwikkelen, kan deze vooruitgang in katalysatortechnologie de bredere adoptie van schone waterstofenergie ondersteunen.