De kosten van schone energie zullen in 2020 gelijk zijn aan of lager zijn dan die van fossiele brandstoffen, terwijl hernieuwbare energiebronnen tegen 2040 40 procent van de wereldwijde energievraag zullen dekken. Maar omdat hernieuwbare energie afhankelijk is van zon en wind, het is nog grotendeels onbetrouwbaar. Daarom, de uitdaging is om nieuwe methoden te ontwikkelen om het overschot aan hernieuwbare energie zo op te slaan dat het kan worden gebruikt wanneer dat nodig is.

Dit is het doel van het HYFORM-PEMFC-project van GRT Group, een bedrijf dat zich richt op energietransitie met ontwikkelingsoplossingen voor energieopslag, en de onderzoeksgroep van professor Gabor Laurenczy bij EPFL, die een nieuwe, geïntegreerd mierenzuur-waterstof-brandstofcelapparaat.

Het HYFORM-PEMFC-apparaat gebruikt mierenzuur om waterstof op te slaan, en heeft huishoudelijke en industriële toepassingen. In vergelijking met apparaten die alleen waterstof gebruiken, de HYFORM-PEMFC is ontworpen om aanzienlijke voordelen te bieden in termen van grootte (1 liter mierenzuur bevat 590 liter waterstof), gemak van vervoer, veiligheid, en lagere bedrijfskosten terwijl het ecologisch duurzaam is.

De potentiële gebruikers van de HYFORM-PEMFC zijn onder meer die in gebieden met beperkte of geen toegang tot het elektriciteitsnet, en degenen die waterstoftransportsystemen ontwikkelen. De unit kan een alpine chalet eenvoudig en milieuvriendelijk van warmte en elektriciteit voorzien. De technologie kan ook worden opgeschaald om te voldoen aan de stroombehoeften van grotere instellingen, zoals industriële installaties.

"Dit is een belangrijke mijlpaal in ons strategisch plan voor de ontwikkeling van toepassingen voor energieopslag, " zegt Luca Dal Fabbro, CEO van GRT Group. "GRT Group wil de transitie naar een volledig hernieuwbare energievoorziening ondersteunen, en zo de wereldwijde uitdaging aan te gaan om de CO2-uitstoot te verminderen."

De volgende stap voor GRT Group is het ontwikkelen van een compleet, geïntegreerd systeem voor de opslag van hernieuwbare energie, bijv. overtollige zonne-elektriciteit geproduceerd tijdens de zomer, die vervolgens kunnen worden gebruikt om in de winter elektriciteit en warmte op te wekken, waardoor gebouwen energetisch autonoom worden. Dit project zal de economische voordelen van het concept en zijn reële potentieel bewijzen in een geïntegreerd energieopslagsysteem.

Waterstof is een van de meest veelbelovende energiedragers onder de opslagoplossingen voor hernieuwbare energie. Het gebruik van waterstof om warmte of elektriciteit te produceren produceert geen uitstoot van koolstof of deeltjes, wat betekent dat het geen negatieve gevolgen voor het milieu heeft. Het probleem is dat waterstof qua volume een zeer lage energie-inhoud heeft. Dit maakt het zeer moeilijk op te slaan en te transporteren in zijn natuurlijke vorm (gas), of die zeer hoge drukken vereisen, zeer lage temperaturen, en dure infrastructuur, dit alles vertaalt zich in bezorgdheid over veiligheid en kosten.

De alternatieve oplossing is het gebruik van een waterstofdrager zoals mierenzuur, wat de eenvoudigste combinatie is van waterstof en CO2. Mierenzuur is onder normale omstandigheden vloeibaar, gemakkelijk op te bergen, vervoer, en hanteren, en wordt wereldwijd in honderdduizenden tonnen uit duurzame bronnen geproduceerd:het wordt al veel gebruikt in de landbouw en de industrie.

De uitdaging, dan, haalt de opgeslagen waterstof op een energiezuinige manier terug uit het mierenzuur. Hier komen katalysatoren om de hoek kijken. Dit zijn verbindingen die de winning van waterstof uit mierenzuur vergemakkelijken, zodat het via een brandstofcel kan worden omgezet in elektriciteit.

Het apparaat bestaat uit twee hoofdonderdelen, een waterstofreformer (HYFORM) en een brandstofcel met protonenuitwisselingsmembraan (PEMFC). De HYFORM-reformer gebruikt een op ruthenium gebaseerde katalysator om waterstof te extraheren, hoewel de wetenschappers momenteel katalysatoren ontwikkelen op basis van nog goedkopere materialen.

De HYFORM-PEMFC-unit kan jaarlijks 7000 kWh produceren, en het nominale vermogen is 800 Watt - ongeveer het equivalent van 200 smartphones die tegelijkertijd worden opgeladen. Het elektrische rendement bedraagt ​​momenteel maximaal 45 procent. Zolang het gebruikte mierenzuur duurzaam wordt geproduceerd, de brandstofcel is volledig milieuvriendelijk en maakt langdurige opslag van hernieuwbare energie mogelijk. Het is stil, stoot schoon gas uit, heeft nul koolstofdioxidebalans, en produceert geen deeltjes of stikstofoxiden.

Tegelijkertijd, de HYFORM-PEMFC is onderhoudsarm, geen zwavelbehandeling nodig hebben, en beschikt over stabiele en langdurige katalysatorprestaties. De technologie is schaalbaar, dus het kan zowel in huishoudens als in industriële omgevingen worden gebruikt. Omdat het alleen met mierenzuur hoeft te worden gevoed, het systeem heeft geen aansluiting op het elektriciteitsnet nodig, waardoor het ideaal is voor afgelegen of ontoegankelijke gebieden.

"De chemische transformatie van CO2, een broeikasgas, in bruikbare producten wordt steeds belangrijker naarmate de atmosfeer in de atmosfeer blijft stijgen als gevolg van menselijke activiteit, ", zegt Gabor Laurenczy. "Om deze reden, het duurzaam produceren van mierenzuur - met CO2 als waterstof-energievector - is erg belangrijk. Wereldwijde vraag naar mierenzuur groeit, vooral in de context van hernieuwbare energie. waterstof dragers, en hun productie uit CO2, hetzij door hydrogenering, hetzij uit bioafval of biomassa, zijn aanzienlijk duurzamer dan bestaande routes."