Er is een nieuwe technologie ontwikkeld voor de productie van waterstof uit het proces, waarbij elektronen betrokken zijn die worden geproduceerd tijdens de afbraak van biomassa zoals afvalhout. Het resultaat dat wordt geproduceerd na ontbinding van de biomassa is een verbinding met een hoge toegevoegde waarde, en het is een tweeledige technologie die de efficiëntie van de waterstofproductie verbetert.

Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Jungki Ryu van de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST heeft een nieuw biobrandstofsysteem gepresenteerd dat lignine uit biomassa gebruikt voor de productie van waterstof. Het systeem ontleedt lignine met een molybdeen (Mo) katalysator om verbindingen met een hoge toegevoegde waarde te produceren, en de elektronen die tijdens het proces worden geëxtraheerd, produceren effectief waterstof.

Een milieuvriendelijke manier om waterstof te produceren is de elektrolyse van water (H ₂ O). De spanning wordt op het water aangelegd om tegelijkertijd waterstof en zuurstof te produceren. Echter, in de momenteel gerapporteerde technologie, de zuurstofgeneratiereactie (OER) is traag en gecompliceerd, en de efficiëntie van de waterstofproductie is laag. Dit komt omdat waterstofgas (H ₂ ) wordt geproduceerd door waterstofionen (H ⁺ ) als elektronen, omdat deze elektronen afkomstig zijn van de zuurstofevolutiereactie.

Door de studie, Professor Ryu en zijn onderzoeksteam hebben een nieuw biobrandstofsysteem ontwikkeld dat lignine als elektronendonor gebruikt om de algehele inefficiëntie van de zuurstofevolutiereactie (OER) te verminderen. Dit is het principe van het gebruik van op molybdeen gebaseerde goedkope metaalkatalysatoren (PMA) om lignine af te breken bij lage temperaturen, en extraheer de elektronen die tijdens het proces worden geproduceerd om waterstof te produceren. Het nieuwe apparaat is ontworpen om elektronen van lignine, langs de draad naar de elektrode waar de waterstofevolutiereactie (HER) plaatsvindt.

“Met dit nieuwe systeem we kunnen waterstof produceren met minder energie (overspanning) dan conventionele waterelektrolyse, omdat er geen zuurstofreacties nodig zijn, die hoge energie- en edelmetaalkatalysatoren vereisen, ", zegt Hyeonmyeong Oh (gecombineerde MS/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering, EENHEID), de eerste auteur van de studie. "Conventionele methoden vereisen meer dan 1,5 volt, maar het nieuwe systeem was in staat om waterstof te produceren met een veel lager potentieel (0,95 volt)."

In aanvulling, vanilline of koolmonoxide (CO), die worden geproduceerd via de afbraak van lignine is een zeer nuttige stof voor verschillende industriële processen. "Lignine, de op één na meest natuurlijk voorkomende biomassa, is moeilijk te ontleden. Echter, met behulp van op molybdeen gebaseerde katalysatoren (PMA) werd het gemakkelijk afgebroken bij lage temperaturen, " zegt onderzoeksassistent professor Yuri Choi, de co-auteur van de studie.

"Het nieuwe biobrandstofsysteem is een technologie die waterstof en waardevolle chemicaliën produceert met behulp van goedkope katalysatoren en lage spanningen in plaats van dure katalysatoren zoals platina (Pt), " zegt professor Ryu. "Ons werk is ook belangrijk, omdat het een nieuwe manier biedt om zuurstofproducerende reacties bij de elektrolyse van water te vervangen."

De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in ACS Katalyse op 3 januari, 2020.