Er zijn veel stappen tussen een doorbraak in het laboratorium en een toepassing in de echte wereld. En groene waterstof heeft misschien net de eerste stappen gezet.

Groene waterstof heeft veel te bieden. Het is een schone brandstof die niet alleen de uitstoot van broeikasgassen kan verminderen, maar ook een lucratieve nieuwe exportindustrie kan creëren. Het heeft echter een aantal belangrijke uitdagingen die moeten worden opgelost voordat het zijn volledige potentieel kan bereiken.

Een kurk erin stoppen

Een grote uitdaging voor groene waterstof is opslag. Als waterstof op dezelfde manier als aardgas zou worden opgeslagen en getransporteerd, zou het moeten worden afgekoeld en vloeibaar gemaakt. Maar terwijl aardgas vloeibaar wordt bij -161°C, wordt waterstofgas vloeibaar bij -253°C. Iets afkoelen tot die temperatuur kost veel energie.

"Over het algemeen wordt waterstofopslag niet goed begrepen, niet geschaald en mogelijk een erg duur onderdeel van de keten", zegt Alison Reeve, adjunct-directeur van het programma Energie en klimaatverandering van het Grattan Institute.

Nieuw onderzoek van de Deakin University heeft echter mogelijk een slimme oplossing gevonden met 'kogelfrezen'.

Kogelfrezen gebruikt mechanische energie om chemische reacties aan te drijven. Het proces gaat ongeveer als volgt:

1. Vind/bouw een beker die kan draaien.
2. Vul de beker met een dozijn roestvrijstalen ballen, het gas dat je wilt bewaren en een onschadelijke chemische stof genaamd boornitride.
3. Begin de tuimelaar te draaien zodat de roestvrijstalen kogels beginnen te bewegen en een chemische reactie veroorzaken.

En voilà! Je hebt een zogenaamde 'mechanische reactie'.

De reactie zorgt ervoor dat de gassen via chemische bindingen aan het oppervlak van het boornitride adsorberen. Simpel gezegd, kogelmalen kan mogelijk waterstofgas opslaan in een vaste poedervorm, waardoor het niet meer nodig is om het vloeibaar te maken.

"Dit was een toevallige ontdekking. Toen het gas zich aan het poeder hechtte, daalde de druk in de tuimelaar tot nul. We hebben de tuimelaar gecontroleerd op lekken, maar niets gevonden", zegt Dr. Srikanth Mateti, hoofdonderzoeker achter de ontdekking.

"We hebben het proces 30 keer herhaald en kregen dezelfde resultaten."

Srikanth en zijn collega's publiceerden een onderzoekspaper over hoe deze techniek koolwaterstofgassen (olefine en paraffinegas) kan scheiden door er slechts één selectief te adsorberen. Het meest opwindende is dat kogelfrezen enorme energiebesparingen biedt.

Met de huidige technologie scheidt de petrochemische industrie koolwaterstofgasmengsels door middel van een energie-intensief cryogeen destillatieproces. Dit proces is goed voor 15% van het wereldwijde energieverbruik.

Het proces is ook minder energie-intensief dan het vloeibaar maken van waterstofgas. Dit zou mogelijk een groot probleem in de groene waterstofvoorzieningsketen kunnen oplossen.

Terwijl Srikanth's paper is gericht op het gebruik van kogelmalen om olefine en paraffine te scheiden, werken hij en zijn team momenteel aan een papier voor de opslag van waterstofgas. Het team van Srikanth heeft ook intellectueel eigendom voor de technologie om andere gassen op te slaan met de kogelfreestechniek.

Houd je paarden vast

De bovenstaande studie van Deakin University is opwindend materiaal voor liefhebbers van groene energie. Helaas is kogelfrezen niet het wondermiddel om onze brandstofproblemen op te lossen.

"Het kan lang duren voordat onderzoek van laboratoriumschaal naar industriële schaal is verhuisd", zegt Alison.

"Het meest efficiënte zonnepaneel dat je op dit moment kunt kopen, heeft een efficiëntieniveau dat in 1985 in het laboratorium werd bereikt."

"Australië heeft de op één na grootste pijplijn van aangekondigde waterstofprojecten. Er zijn genoeg 3D-weergaven en websites, maar we hebben praktisch niets geïnstalleerd. Als er iets is, zitten we in het midden van de achterhoede wat betreft productie."

Au. Maar we hoeven toch zeker niet te wachten tot het einde van de jaren 2050 om te zien of kogelfrezen op industriële schaal zal werken?

Volgens Alison is dit waar de overheid kan ingrijpen.

Overheidssteun

"De overheid moet blijven investeren in R&D-demo's en commercialisering in een vroeg stadium om dingen uit het lab te blijven halen en meer beschikbaar te maken."

Onderzoek en ontwikkeling in een vroeg stadium zijn riskant, dus de meeste beleggers aarzelen totdat de zaken zijn bewezen, waardoor het moeilijk is om toegang te krijgen tot kapitaal.

Met overheidssteun kan echter onderzoek worden ontwikkeld totdat de eerste knelpunten zijn weggewerkt.

Overheden kunnen de industrie ook helpen door 'market pull-through' te creëren. Je kunt tenslotte het grootste waterstofopslagsysteem ter wereld hebben, maar het is nutteloos als niemand waterstof koopt.

Een goed voorbeeld van het door de overheid ondersteunen van het aantrekken van de markt is hernieuwbare energie.

"De Australische regering heeft veel steun gegeven aan de opwekking van hernieuwbare energie, zoals zonneparken of windparken. Maar tegelijkertijd heeft de federale overheid wetgeving vastgesteld voor energieretailers om hernieuwbare energie te kopen."

"Het is deze vraag die projecten op grote schaal onderschrijft. Het is de mogelijkheid om naar een bank te gaan en te zeggen:"Ik heb vijf klanten die het voor 5 jaar voor deze prijs zullen kopen."

Een nog vooruitziender voorbeeld van een snelle pijplijn van lab-to-market zijn vaccins voor COVID-19.

"Regeringen zeiden tegen farmaceutische bedrijven 'haal dit vaccin zo snel mogelijk en ik zal 5 miljoen doses kopen'."

Dus hoewel onderzoek zoals dat van Srikanth van vitaal belang is voor een groene waterstofindustrie, kan het niet in een vacuüm gebeuren. Het heeft overheidssteun nodig om te floreren. + Verder verkennen

Doorbraak in gasscheiding en -opslag kan versnelde verschuiving naar groene waterstof mogelijk maken

Dit artikel verscheen voor het eerst op Particle, een wetenschappelijke nieuwswebsite in Scitech, Perth, Australië. Lees het originele artikel.