Smart Storage Register
De volgende bedrijven hebben zich laten opnemen in het Smart Storage Register, meld uw bedrijf ook aan!
TU Eindhoven doet uitvinding om energie effectiever op te slaan in waterstof
© Hopsalka Dreamstime.com

TU Eindhoven doet uitvinding om energie effectiever op te slaan in waterstof

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben een katalysator ontwikkeld om waterstof met een 20 keer hogere activiteit op te slaan middels holle nanokooien van een nikkel-platina-legering.

Katalysatoren versnellen chemische reacties, maar het hierbij veelgebruikte metaal platina is schaars en duur. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben nu samen met Chinese, Singaporese en Japanse onderzoekers een alternatief ontwikkeld met een 20 keer hogere activiteit: een katalysator met holle nanokooien van een legering van nikkel en platina.

Elektrolyzer
TU/e-onderzoeker Emiel Hensen wil op termijn met deze nieuwe katalysator een elektrolyzer op koelkastformaat ontwikkelen van ongeveer 10 megawatt. De resultaten zijn gepubliceerd in het vakblad Science.

Een effectieve katalysator heeft  een hoge activiteit; hij zet per seconde meer watermoleculen om in waterstof. Hensen vervolgt: ‘Bij de TU/e hebben we de invloed van nikkel op de meest belangrijke reactiestappen onderzocht. Hiervoor ontwikkelden we een computermodel, gebaseerd op beelden van een elektronenmicroscoop. Met kwantumchemische berekeningen wisten we zo de activiteit van de nieuwe legering te voorspellen, en konden we begrijpen waarom deze nieuwe katalysator zo effectief is.’

Naast de andere metaalkeuze, wisten de onderzoekers ook de morfologie flink aan te passen. De atomen in de katalysator moeten namelijk een binding aangaan met de watermoleculen om deze om te kunnen zetten. Meer bindingsplaatsen leidt dus tot een hogere activiteit. Hensen: ‘Je wilt dan ook zoveel mogelijk metaaloppervlak beschikbaar maken. De ontwikkelde holle nanokooien zijn naast de buitenkant, ook van binnenuit te benaderen. Zo ontstaat een groot oppervlak, waardoor meer materiaal tegelijkertijd kan reageren.’ Hensen toonde bovendien met kwantumchemische berekeningen aan dat de specifieke oppervlaktestructuren die de nanokooien vertonen de activiteit nóg verder verhogen.

Experimentele tests
Beide oplossingen blijken na het doorrekenen in Hensens model een 20 keer hogere activiteit op te leveren dan de huidige katalysatoren van platina. En dat resultaat hebben de onderzoekers ook teruggevonden in experimentele tests in een brandstofcel. ‘Een belangrijk punt van kritiek op veel fundamenteel werk is dat het zijn ding in het lab doet, maar als iemand het in een echt apparaat stopt dan werkt het vaak niet. Wij hebben laten zien dat het écht werkt.’ Een katalysator moet zó stabiel zijn, dat deze jarenlang in een waterstofauto of woonhuis kan blijven werken. De onderzoekers hebben de katalysator daarom 50.000 ‘ronden’ getest in de brandstofcel, en zagen daarbij een te verwaarlozen afname in activiteit.

Elke wijk
De mogelijkheden voor deze nieuwe katalysator zijn legio. Zowel in de vorm van de brandstofcel, als bij de omgekeerde reactie in een elektrolyzer. Zo worden brandstofcellen gebruikt in waterstofauto’s, maar ook sommige ziekenhuizen hebben nu al noodaggregaten met brandstofcellen die op waterstof lopen. Een elektrolyzer kan bijvoorbeeld toegepast worden bij windmolenparken op zee of misschien zelfs naast elke windmolen. Vervoer van waterstof is namelijk veel goedkoper dan vervoer van elektriciteit.

Hensen: ‘Ik hoop dat we straks in elke wijk een elektrolyzer kunnen neerzetten. Dit apparaat van koelkastformaat slaat alle energie van de zonnepanelen op de daken in de wijk overdag op als waterstof. De ondergrondse gasleidingen vervoeren voortaan waterstof, en de cv-ketel in huizen wordt vervangen voor een brandstofcel. Deze laatste zet de opgeslagen waterstof weer om naar elektriciteit. Zo maken we optimaal gebruik van zon.’

Maar daarvoor moet de elektrolyzer nog wel flink worden doorontwikkeld. Hensen is daarom samen met andere TU/e-onderzoekers én industriële partners uit Brabant betrokken bij het opstarten van het energie-instituut van de TU Eindhoven. Het doel is om de elektrolyzers die nu op de markt zijn flink op te schalen, tot een elektrolyzer op koelkastformaat van ongeveer 10 megawatt.