Energie
Waterstof produceren door water te splitsen met ingebedde swarf
Waterstof en elektrolysekosten
Waterstof is een veelbelovende brandstof voor een groene economie, van transport tot energieopslag, en kan de enige realistische koolstofvrije alternatieve brandstof zijn voor veel industrieën zoals scheepvaart en luchtvaart.
Een belangrijke factor die de opkomst van de waterstofeconomie heeft tegengehouden, is de kosten, vooral de kosten van waterstofproductie.
Groene waterstof (uit hernieuwbare energie) wordt voornamelijk geproduceerd door middel van elektrolyse, wat veel energie en katalysatoren vereist. Dergelijke katalysatoren zijn meestal duur en zijn afhankelijk van metalen zoals platina. Hoe meer platina wordt gebruikt, hoe duurder de elektrolyseur.
Niet alleen zijn metalen zoals platina duur, maar ze zijn ook extreem zeldzaam en zouden schaars zijn als waterstof op grote schaal zou worden aangewend als energiebron.
Het was daarom belangrijk nieuws dat onderzoekers een drastische vermindering van de katalysatorvereiste voor elektrolyse aankondigden.
“We zijn in staat om waterstof te produceren uit water met slechts een tiende van de hoeveelheid platinalading in vergelijking met state-of-the-art commerciële katalysatoren.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, postdoctoraal onderzoeker aan de University of Nottingham.
Goedkope elektrolyse met swarf (schrootmetaal)
Deze ontdekking werd gedaan door onderzoekers aan de University of Nottingham, VK, en gepubliceerd in het tijdschrift Journal of Material Chemistry, onder de titel “Van schrootmetaal tot hoogrenderende elektroden: het benutten van het nanotekstuur van swarf voor effectief gebruik van Pt en Co voor waterstofproductie</a)”. Om platina-atomen toe te voegen aan de swarf, gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd magnetron sputtering. Dit is een techniek die wordt gebruikt in de productie van halfgeleiders om een ultra-dunne metaalfilm te deponeren, dankzij krachtige magnetische velden. Bron: Korvus Tech
De eerste bevindingen kwamen uit de analyse van swarf op nanoschaal. Swarf is schrootmetaal dat ontstaat als afval bij het bewerken van metaal zoals roestvrij staal, titanium of nikkellegering. Bedrijven in het VK alleen al produceren miljoenen tonnen metaalafval per jaar.
Toen de onderzoekers deze swarfs met een elektronenmicroscoop analyseerden, ontdekten ze dat deze metaalafvalproducten verre van glad waren en groeven en richels hadden die slechts enkele tientallen nanometers breed waren.
Deze zeer complexe structuren en enorme contactoppervlakken zouden ideaal zijn als substraten voor elektrokatalysatoren die worden gebruikt in elektrolyse voor waterstofproductie.
Magnetische platina regen op swarfs
Deze methode “regent” platina-atomen op de swarf en deponeert ze in de nanometer-grote groeven en richels.
“Door slechts 28 microgram van het kostbare metaal over 1 cm² van de swarf te verspreiden, konden we een laboratoriumschaal-elektrolyseur creëren die met 100% efficiëntie werkt en 0,5 liter waterstofgas per minuut produceert, alleen al uit één stuk swarf.” – Dr. Madasamy Thangamuthu, postdoctoraal onderzoeker aan de University of Nottingham.
Deze methode maakte het mogelijk om twee soorten waterstof-genererende elektrokatalysatoren te creëren:
- Titanium swarf met platina-atomen als katalysator, voor waterstof-evolutiereactie(HES).
- Nikkel swarf met kobalt-atomen als katalysator, voor zuurstof-evolutiereactie(OER)
