Ongeveer 1 miljard auto's en vrachtwagens zoeven over de wegen van de wereld. Slechts enkele rijden op waterstof. Dit zou kunnen veranderen na een doorbraak van onderzoekers van de Universiteit van Kopenhagen. De doorbraak? Een nieuwe katalysator waarmee goedkopere en veel duurzamere voertuigen op waterstof kunnen worden gemaakt.

Waterstofvoertuigen zijn een zeldzaam gezicht. Dit komt deels omdat ze afhankelijk zijn van een grote hoeveelheid platina om als katalysator in hun brandstofcellen te dienen - ongeveer 50 gram. Typisch, voertuigen hebben slechts ongeveer vijf gram van dit zeldzame en kostbare materiaal nodig. Inderdaad, er wordt jaarlijks slechts 100 ton platina gewonnen, in Zuid Afrika.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Kopenhagen hebben een katalysator ontwikkeld die niet zo'n grote hoeveelheid platina nodig heeft.

"We hebben een katalysator ontwikkeld die, in het laboratorium, heeft slechts een fractie nodig van de hoeveelheid platina die de huidige waterstofbrandstofcellen voor auto's nodig hebben. We naderen dezelfde hoeveelheid platina als nodig is voor een conventioneel voertuig. Tegelijkertijd, de nieuwe katalysator is veel stabieler dan de katalysatoren die in de huidige waterstofvoertuigen worden gebruikt, " legt professor Matthias Arenz van het departement Scheikunde uit.

Een paradigmaverschuiving voor waterstofvoertuigen

Duurzame technologieën worden vaak uitgedaagd door de beperkte beschikbaarheid van de zeldzame materialen die ze mogelijk maken, Die op zijn beurt, beperkt de schaalbaarheid. Door deze huidige beperking het is onmogelijk om van de ene op de andere dag de voertuigen van de wereld simpelweg te vervangen door waterstofmodellen. Als zodanig, de nieuwe technologie een game-changer.

"De nieuwe katalysator kan het mogelijk maken om waterstofvoertuigen op een veel grotere schaal uit te rollen dan in het verleden ooit mogelijk was geweest, " zegt professor Jan Rossmeisl, centrumleider van het Center for High Entropy Alloy Catalysis bij de afdeling Chemie van UCPH.

De nieuwe katalysator verbetert de brandstofcellen aanzienlijk, door het mogelijk te maken meer pk's per gram platina te produceren. Dit op zijn beurt, maakt de productie van waterstof-brandstofcelvoertuigen duurzamer.

Duurzamer, minder platina

Omdat alleen het oppervlak van een katalysator actief is, er zijn zoveel mogelijk platina-atomen nodig om het te coaten. Een katalysator moet ook duurzaam zijn. Hierin ligt het conflict. Om zoveel mogelijk oppervlakte te winnen, de huidige katalysatoren zijn gebaseerd op platina-nanodeeltjes die over koolstof zijn gecoat. Helaas, koolstof maakt katalysatoren onstabiel. De nieuwe katalysator onderscheidt zich doordat hij koolstofvrij is. In plaats van nanodeeltjes, de onderzoekers hebben een netwerk van nanodraden ontwikkeld dat wordt gekenmerkt door een overvloed aan oppervlakte en een hoge duurzaamheid.

"Met deze doorbraak het idee dat voertuigen op waterstof gemeengoed worden, is realistischer geworden. Hierdoor kunnen ze goedkoper worden, duurzamer en duurzamer, ", zegt Jan Rossmeisl.

Dialoog met de auto-industrie

De volgende stap voor de onderzoekers is om hun resultaten op te schalen, zodat de technologie kan worden geïmplementeerd in waterstofvoertuigen.

“We zijn in gesprek met de auto-industrie over hoe deze doorbraak in de praktijk kan worden uitgerold. het ziet er veelbelovend uit, " zegt professor Matthias Arenz.

De onderzoeksresultaten zijn zojuist gepubliceerd in Natuurmaterialen , een van de toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften voor materiaalonderzoek. Het is het eerste artikel waarin elke onderzoeker van het basisonderzoekscentrum, "Center for High Entropy Alloy Catalysis (CHEAC)", heeft meegewerkt. Het centrum is een zogenaamd Centre of Excellence, ondersteund door de Deense National Research Foundation.

"In het midden, we ontwikkelen nieuwe katalysatormaterialen om duurzame chemicaliën en brandstoffen te maken die de samenleving helpen de chemische industrie groener te maken. Dat het nu mogelijk is om de productie van waterstofvoertuigen op te schalen, en op een duurzame manier, is een grote stap voorwaarts, ", zegt centrumleider Jan Rossmeisl.