In het huidige verhaal over klimaatverandering, vervuiling, en afnemende middelen, één brandstof zou een game-changer kunnen zijn binnen de energie-industrie:waterstof. Bij verbranding in een verbrandingsmotor of in een elektrische centrale, waterstofbrandstof produceert alleen water, waardoor het veel schoner is dan onze huidige fossiele brandstoffen. Zonder giftige gasproductie, geen bijdrage aan klimaatverandering, en geen smog waterstof kan het antwoord zijn op een toekomst van schonere energie, dus waarom wordt het niet op grotere schaal gebruikt?

Hiervoor zijn twee redenen. Eerst, waterstof is licht ontvlambaar en lekt heel gemakkelijk uit opslagtanks, waardoor potentieel explosiegevaar ontstaat tijdens opslag en transport. Tweede, hoewel zuivere waterstof van nature op aarde voorkomt, het wordt niet gevonden in hoeveelheden die voldoende zijn voor een kosteneffectief gebruik. Waterstofatomen moeten worden gewonnen uit moleculen zoals methaan of water, wat veel energie kost. Hoewel er verschillende technieken bestaan ​​om waterstofbrandstof te produceren, wetenschappers moeten dit proces nog "efficiënt" genoeg maken om waterstof een commercieel concurrerende brandstof op de energiemarkt te maken. Zolang dit niet is bereikt, fossiele brandstoffen zullen waarschijnlijk de industrie blijven domineren.

Al decenia, wetenschappers hebben toegewerkt naar een goedkope, efficiënt, en veilige manier om waterstofbrandstof te produceren. Een van de meest veelbelovende methoden om dit te bereiken is door middel van door zonne-energie aangedreven processen, met behulp van licht om de reactie te versnellen (of te "katalyseren") om watermoleculen te splitsen in zuurstof en waterstofgas. In de jaren zeventig, twee wetenschappers beschreven het Honda-Fujishima-effect, die titaniumdioxide gebruikt als fotokatalysator bij de productie van waterstof. Voortbouwend op dit onderzoek, een team van Japanse onderzoekers onder leiding van Prof Ken-ichi Katsumata van de Tokyo University of Science, gezocht naar een goedkopere, beter beschikbare halfgeleiderkatalysator voor deze reactie, in de hoop de efficiëntie nog verder te verhogen, vermindering van de productiekosten en veiligheid van waterstofbrandstof. Hun studie gepubliceerd in Chemie:een Europees tijdschrift geeft aan dat, door gebruik te maken van een vorm van roest genaamd α-FeOOH, waterstofproductie onder Hg-Xe-lampbestraling kan 25 keer hoger zijn dan titaniumdioxidekatalysator onder hetzelfde licht.

Het experiment van prof. Katsumata en collega's was gericht op het aanpakken van veelvoorkomende uitdagingen bij het gebruik van halfgeleiderkatalysatoren bij de productie van waterstof op zonne-energie. Er zijn drie grote obstakels die door de auteurs worden beschreven. De eerste is de noodzaak dat het katalysatormateriaal geschikt is voor het gebruik van lichtenergie. De tweede is dat de meeste fotokatalysatoren die momenteel worden gebruikt, zeldzame of "edele" metalen als cokatalysatoren nodig hebben, die duur en moeilijk te verkrijgen zijn. Het laatste probleem vloeit voort uit de feitelijke productie van waterstof- en zuurstofgassen. Indien niet direct gescheiden, het mengsel van deze twee gassen kan op zijn best de waterstofproductie verminderen, en in het slechtste geval een explosie veroorzaken. Daarom, ze wilden een oplossing vinden die niet alleen de efficiëntie van de reactie kan verhogen, maar ook met succes voorkomen dat waterstof en zuurstof opnieuw worden gekoppeld en een potentieel gevaar vormen.

Het team identificeerde een veelbelovende kandidaat-katalysator in α-FeOOH (of roest) en zette een experiment op om de efficiëntie voor waterstofproductie en de optimale experimentele omstandigheden voor de activering ervan te evalueren. "We waren echt verrast door de opwekking van waterstof met deze katalysator, " zegt Prof Katsumata, "omdat het niet bekend is dat de meeste ijzeroxiden worden gereduceerd tot waterstof. Vervolgens we zochten naar de voorwaarde voor het activeren van α-FeOOH en vonden dat zuurstof een onmisbare factor was, wat de tweede verrassing was omdat veel onderzoeken hebben aangetoond dat zuurstof de waterstofproductie onderdrukt door de aangeslagen elektronen op te vangen." Het team bevestigde het productiemechanisme van waterstof uit een water-methanoloplossing met behulp van een 'gaschromatografie-massaspectrometrie'-methode, waaruit blijkt dat α-FeOOH 25 keer actiever was dan de titaniumdioxidekatalysator die in eerder onderzoek werd gebruikt, ondersteuning van stabiele waterstofproductie gedurende meer dan 400 uur!

Om dit proces te optimaliseren is meer onderzoek nodig. Prof Katsumata legt uit:"De specifieke functie van zuurstof bij het activeren van door licht geïnduceerd α-FeOOH is nog niet onthuld. het onderzoeken van het mechanisme is de volgende uitdaging." deze bevindingen van Katsumata en zijn collega's vertegenwoordigen nieuwe vorderingen in de productie van een schone, emissievrije energiebron die centraal zal staan ​​in de duurzame samenlevingen van de toekomst!