Platina is niet meer nodig voor waterstofmotor

Zuurstof en waterstof ontsnappen uit de opstelling waarin een nieuwe, platinumvrij katalysator water splitst. foto mit MIT

Zowel de waterstofmotor (die waterstof verbruikt), als de fabriek die waterstof produceert door water te splitsen, kan zonder peperdure platina-elektroden werken. Als tenminste de onderzoeken van Amerikaanse en Australische onderzoekers tot marktrijpe producten leiden (Science en Science online, 1 augustus).

Australische scheikundigen maakten de platinavrije brandstofcellen, een soort batterijen waarin elektriciteit wordt opgewekt uit waterstof en zuurstof met water als enig eindproduct. Dat is goed nieuws omdat platina zo duur is. Door het platina kost een brandstofcel voor een kleine passagiersauto meer dan een benzinemotor.

In de elektroden van een brandstofcel zijn platinadeeltjes homogeen verdeeld in een poreuze koolstof-elektrode. Hoe kleiner de deeltjes, hoe groter het voor de reactie beschikbare platinaoppervlak is. De platinadeeltjes hebben echter de neiging om samen te klonteren. Verder neemt de reactiviteit af door de aanwezigheid van het gas koolmonoxide.

Bjorn Winther-Jensen en zijn collega’s van Monash University ontwikkelden als alternatief een geleidend polymeer. Ze brachten dit dunne laagje geleidend plastic aan op een membraan van het welbekende Goretex, bekend van waterdichte, maar ‘ademende’ buitensportkleding. Dit Goretex vormt een effectieve barrière tegen het water dat aan de ene kant van het membraan staat, terwijl het de gasmoleculen aan de andere kant wel doorlaat. Bovendien heeft het membraan een groot oppervlak, waardoor de reactie snel kan verlopen.

Platina was tot voor kort ook essentieel voor de omgekeerde reactie, het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Dit gebeurt met elektriciteit, bijvoorbeeld van een zonnecel. Het is een manier om zonne-energie op te slaan. Mathew Kanan en Daniel Nocera van het Massachusetts Institute of Technology gebruikten huis-tuin-en-keuken materialen – waaronder kobalt en fosfaat – om een platinavrije katalysator te maken. Ze laten met elektrische stroom een dunne laag kobaltfosfaat neerslaan op een elektrode. Bij het splitsen van de watermoleculen lost het kobaltfosfaat op en dat moet dus steeds opnieuw gevormd worden. Een nadeel is dat de benodigde spanning nog hoger is dan strikt noodzakelijk voor de watersplitsing. Er gaat dus elektrische energie verloren. De actieve laag kan bovendien nog geen sterke stromen aan. De auteurs verwachten beide problemen snel op te lossen. De droom is dat deze katalysator ook met zeewater werkt. Dan splits je zeewater met zonnestroom en gebruikt het gevormde waterstof en zuurstof aan land om elektriciteit op te wekken. Met zoet water als resultaat. Rob van den Berg

    • Rob van den Berg