Waterstofgas is de perfecte groene brandstof:het kan uit water worden gewonnen en is niet vervuilend. Maar hoewel waterstof het meest voorkomende element in het heelal is, het komt van nature niet in grote hoeveelheden voor als gas op aarde.

Waterstofgas is de perfecte groene brandstof:het kan uit water worden gewonnen en is niet vervuilend. Maar hoewel waterstof het meest voorkomende element in het heelal is, het komt van nature niet in grote hoeveelheden voor als gas op aarde.

De race is begonnen om goedkope, efficiënt, niet-vervuilende manieren om waterstof op te wekken en op te slaan. Het is al lang bekend dat een elektrische stroom ervoor zorgt dat de elementen water - waterstof en zuurstof - splitsen om waterstof en zuurstofgassen te produceren in een proces dat bekend staat als elektrolyse. Dit proces kan ook worden omgekeerd om elektriciteit op te wekken wanneer waterstof- en zuurstofgassen interageren in een brandstofcel (NASA gebruikt sinds de jaren zestig brandstofcellen om satellieten en ruimtecapsules van stroom te voorzien).

Tot voor kort, de kosten van elektriciteit zijn een wegversperring geweest voor de productie van industriële hoeveelheden waterstofgas door middel van elektrolyse. Maar goedkope hernieuwbare elektriciteitstechnologieën hebben deze barrière weggenomen.

Een ander obstakel is dat het efficiënt splitsen van water in waterstof- en zuurstofgassen zeldzame en dure metaalkatalysatoren vereist, zoals platina en iridium. Iridium is een van de zeldzaamste en duurste elementen op aarde - het wordt hier vaak gedragen door meteorieten. En zelfs de meest stabiele katalysatoren op basis van iridium zijn slechts korte tijd bestand tegen elektrolyse.

"Als je de temperatuur verhoogt tijdens elektrolyse van water, de op iridium gebaseerde katalysator zal oplossen en je verliest het, " legt Dr. Alexandr Simonov van de Monash School of Chemistry uit. "Dit is het ergste dat kan gebeuren, om iets op te lossen dat honderden dollars per gram kost. Het kan ook in andere componenten van uw elektrolytische apparaat terechtkomen, ze vervuilen en verhinderen dat ze goed werken."

De eerste waterelektrolysers gebruikten alkalisch water, en dit blijft de traditionele benadering, Dr. Simonov zegt. Maar meer geavanceerde en efficiënte technologie maakt gebruik van een zure omgeving, het gebruik van vastestofelektrolyten - helaas, de katalysatoren kunnen deze omgeving niet lang weerstaan.

Dr. Simonov en leden van zijn onderzoeksteam, waaronder Dr. Manjunath Chatti en James Gardiner, een ontdekking hebben gedaan met een enorm potentieel om het instabiliteitsprobleem op te lossen, waterstofproductie door waterelektrolyse economisch rendabeler te maken.

"We vervangen iridium door elementen die overvloedig zijn, goedkoop, en stabieler werken, " zegt Dr. Simonov. "We hebben hun stabiliteit aangetoond in zeer sterk zure omstandigheden en tot 80°C, wat een industrieel relevante temperatuur is. We hebben absoluut geen degradatie bereikt."

Dr. Simonov beschrijft het systeem dat hij met zijn team ontwikkelt als 'zelfgenezend'. Omdat alle metalen, zelfs iridium, oplossen tijdens elektrolyse, de onderzoekers vroegen zich af of het opgeloste materiaal tijdens bedrijf opnieuw op de elektrode kon worden afgezet.

"Het bleek dat het kan, " zegt hij. "We hebben een zeer actief elektrode-oppervlak geproduceerd op basis van overvloedige metalen die industrieel relevante snelheden van watersplitsing in stand houden." De hoge temperatuur en de sterk zure omgeving "maken ons meest recente werk anders dan vrijwel iedereen in de wetenschappelijke wereld, en brengt ons dichter bij de industriële toepassing, " hij zegt.

De Australian Renewable Energy Agency (ARENA) financiert verder onderzoek, met als doel grotere efficiëntie te produceren en een schaalbaar elektrodefabricageproces te ontwikkelen, geschikt voor industrie. Dr. Simonov en zijn team werken om dit doel te bereiken samen met professor Douglas MacFarlane, professor in de chemie van Monash en medewerkers van de Australian National University, Professor Antonio Tricoli en professor Yun Liu.

Australië, met zijn overvloedige zon en wind, heeft het potentieel om een ​​supermacht op het gebied van hernieuwbare energie te worden. Door gebruik te maken van elektrolyse, waterstofgas zou kunnen worden gemaakt uit overtollige elektriciteit die wordt opgewekt door grote projecten voor hernieuwbare elektriciteit. Deze waterstof zou in Australië als brandstof kunnen worden gebruikt en geëxporteerd naar landen die hongerig zijn naar alternatieven voor fossiele brandstoffen.

Bussen op waterstof rijden nu in Brazilië, en Zuid-Korea en Japan hebben al blijk gegeven van een sterk engagement om voertuigen op waterstof te gebruiken en waterstof als hun belangrijkste energiedrager.

De federale minister van Middelen, Matt Canavan, ondertekende deze week een intentieverklaring met Zuid-Korea om tegen het einde van het jaar een waterstofplan te ontwikkelen. wat de intentie van de Australische regering aangeeft om het exportpotentieel te vergroten. De push valt samen met de release van een Geoscience Australia-rapport waarin het land wordt genoemd als een toekomstige "wereldleider" in het veld.

Maar waterstofgas is zeer brandbaar, en het transporteren ervan brengt enkele uitdagingen met zich mee. Een toekomstige mogelijkheid is om het gas om te zetten in ammoniak. Dit doel wordt ook onderzocht door Dr. Simonov en collega's binnen het Monash Ammonia Project onder leiding van professor MacFarlane.

Dr. Simonov zegt dat in de tussentijd, energieleverancier AGL onderzoekt hoe de doorbraak van elektrolyse kan worden opgeschaald om duurzaam geproduceerde waterstof toe te voegen aan aardgasleidingen in Australië, als een manier om de CO2-uitstoot te verminderen. Op het noordelijk halfrond wordt op deze manier al waterstof gebruikt, Dr. Simonov zegt. Een ander toonaangevend Australisch bedrijf dat sterke interesse toont in waterstoftechnologieën is Woodside, die aanzienlijke investeringen heeft gedaan in Monash-onderzoek.

Dr. Simonov en Professor MacFarlane werken ook samen met een opkomend Australisch bedrijf, ANT energieoplossingen, die een draagbare waterstofelektrolyser ontwikkelt met financiering van het Cooperative Research Centers-programma. Een draagbare eenheid kan op een vrachtwagen worden geladen en worden vervoerd naar waar goedkope hernieuwbare energie beschikbaar is, Dr. Simonov zegt.