Mierenzuur in waterstoftank

Kijk maar op de foto hiernaast: waterstofauto’s bestaan en ze rijden. Ze worden gepresenteerd als de groene auto’s van de toekomst, al wordt er nog gezocht naar een schone manier om waterstofgas te produceren. En dan is er nog een praktisch probleem: hoe neem je waterstofgas mee in de auto?

Gisteren presenteerden Amerikaanse en Japanse chemici in Nature Chemistry een potentiële oplossing voor dat laatste punt: ze suggereerden voorzichtig dat waterstofauto’s ook op mierenzuur kunnen rijden.

Een nieuwe techniek die de chemici uitvonden, maakt het mogelijk om uit waterstofgas mierenzuur te maken en weer terug. De auto rijdt dan op waterstofgas, maar in de tank zit mierenzuur. „Wetenschappelijk schitterend”, oordeelt de Utrechtse chemicus Petra de Jongh, die zelf onderzoek doet naar waterstofopslag. Dan grinnikt ze en vervolgt: „Maar niet praktisch.”

Eerst even terug naar de waterstofauto. Potentieel is waterstofgas een schone energiebron, want bij de verbranding ervan in een motor ontstaat louter water. De afgelopen tien jaar hebben de meeste autofabrikanten wel rijdende proefmodellen gebouwd van waterstofauto’s of -bussen. Die vervoeren de waterstof op twee manieren. Onder druk in een grote tank – meer geschikt voor bussen – of in een thermosfles waarin de waterstof vloeibaar blijft bij -252°C. Dat gaat, maar je moet de auto niet dagen stil laten staan. Dan ontsnapt het waterstofgas alsnog.

Wetenschappers zoeken daarom naar chemische manieren om waterstof tijdelijk ‘op te bergen’. Gangbaar is om het te laten reageren tot een metaalhydride, maar dan komt het pas vrij bij hoge temperatuur (boven 200°C). Waterstof omzetten in mierenzuur is een alternatief dat die nadelen mist. Mierenzuur (HCO2H) is een simpel organisch zuur. Het is bijtend bij hoge concentratie – daarvan profiteren stekende bijen en wespen en bijtende mieren – maar niet explosief en weinig giftig.

Mierenzuur ontstaat uit, en is om te zetten in, CO2 (kooldioxide) en H2 (waterstof). Chemici van overheidsinstituten AIST (Japan) en Brookhaven National Laboratory (VS) ontwierpen nu voor het eerst een reactie waarin dat praktisch kan. „Eerdere reacties moesten in een soort bom”, vertelt chemicus Jonathan Hull van Brookhaven. Hull maakt mierenzuur bij normale luchtdruk, bij temperaturen tussen 25 en 80°C en opgelost in water. De Jongh: „Heel milde omstandigheden. Dat is heel veilig en dat wil je als je met waterstof werkt.” Hull en collega’s ontwikkelden een nieuwe katalysator op basis van het metaal iridium in een bouwwerk van organische stof. In Nature Chemistry hinten ze naar gebruik van waterstof ‘als brandstof’ en ‘te transporteren als olie en benzine’. Maar gevraagd hoe je zo’n reactie dan in een waterstofauto uitvoert (om weer waterstof uit mierenzuur te maken) wordt ook hij voorzichtig. „Ik ben geen ingenieur! Rijden op waterstof bevindt zich op een rudimentair niveau.”

Petra de Jongh somt zo een rij praktische problemen op. De reactie kost heel veel water: 2.000 tot 5.000 liter voor één tank. Om waterstof vrij te maken in de auto, moet er veel zuur toegevoegd worden. En de katalysator is (door het iridium) heel duur en gaat maar 1 of 2 uur mee. Zij ziet praktische toepassingen eerder bij stationary storage, dus bij niet-verplaatsbare opslag van waterstof.

Stel dat de waterstofeconomie op gang komt, schetst ze, en met elektriciteit van windmolens wordt waterstof gemaakt. Dan kan mierenzuur misschien een handige vorm zijn om dat tijdelijk in op te slaan, in grote tanks. „Dan zou het een manier worden om elektriciteit vast te leggen. Als een enorme batterij.”