SNELLERE ROUTE NAAR EFFICIËNTE BRANDSTOFCELLEN

Gebruik makend van slimme chemische selectiemethoden hebben onderzoekers van Penn State University en het Illinois Institute of Technology een betere katalysator ontdekt, om methanol direct in elektrische energie om te zetten (Science, 12 juni). Dit gebeurt in een zogenoemde brandstofcel aan het oppervlak van een speciale katalysator. Tot nu werd hiervoor vooral gebruik gemaakt van waterstof en platina-elektroden. Tijdens ruimtevluchten werd zo bijvoorbeeld in de elektriciteitsbehoefte voorzien. Maar in het dagelijks gebruik is dat nogal duur en vooral onpraktisch, want waterstof is moeilijk op te slaan en te transporteren. Een vloeibare brandstof als methanol is veel beter geschikt en kan bovendien relatief goedkoop gemaakt worden uit biomassa of uit andere fossiele brandstoffen.

Tot voor kort waren echter nauwelijks geschikte katalysatoren voor methanol beschikbaar. Zo bleek platina waardeloos, omdat het geen water absorbeert dat nodig is om het bij de reacties gevormde koolmonoxyde om te zetten in koolzuurgas. Daarom moeten andere metalen worden toegevoegd: een combinatie van platina en ruthenium gaf - na het aanleggen van een kleine spanning - nog de beste resultaten. Er waren echter aanwijzingen dat mengsels van drie of meer metalen het wel eens nóg beter zouden kunnen doen. Maar het leek een onbegonnen zaak om al die honderden combinaties daadwerkelijk te synthetiseren en te testen.

Daarvoor is nu een elegante oplossing gevonden. Met behulp van een inktjet-printer werden heel systematisch druppeltjes met oplossingen van metaalzouten in steeds verschillende concentraties aangebracht op een koolstofelektrode. Na reductie van de zouten bevatte elke stip - ter grootte van de letter o - een net iets ander mengsel van maximaal vijf metalen: platina (Pt), ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium (Ir) en rhodium (Rh). Dit geheel werd in de methanol geplaatst waarna de omzetting daarvan in gang werd gezet. Om de beste katalysatoren te kunnen selecteren werd een kleurstof toegevoegd die reageerde op de bij de reacties ontstane waterstofionen: hoe beter de katalysator, hoe feller de kleuring. Nadat zo 'actieve' mengsels waren geïdentificeerd, werd de samenstelling nog eens verfijnd. Uiteindelijk kwam een Pt/Ru/Os/Ir-mengsel als beste uit de bus. Het bleek bij dezelfde spanning zo'n 40 procent meer stroom te leveren dan de klassieke Pt/Ru-katalysator, terwijl het actieve oppervlak ervan veel kleiner was.

Daar zit dus nog zeker ruimte tot verbetering. Het zou bovendien mooi zijn als alternatieven gevonden kunnen worden voor het osmium (uiterst giftig) en het rhodium (erg duur). Maar dat is er met de nu ontwikkelde methode een stuk eenvoudiger op geworden.

    • Rob van den Berg