brandstofCel - Chemische Feitelijkheden

Chemische Feitelijkheden | editie 53 | nummer 236chemische fabriekchloorproductiechloorCl 2waterstofH 2elektriciteituit waterstofelektriciteituit het nettes worden gevuld met Nafion. Bijzonderbij dit membraan is dat de matrix nietgefluorideerd is. Lange tijd werd gedachtdat alleen volledig gefluorideerde polymerenbestand zouden zijn tegen deagressieve (zure) omgeving waarin redoxreactiesplaatsvinden. De levensduur vandeze cel bedraagt echter 3.000 uur bijonafgebroken gebruik. Honda past in zijnFCX-brandstofcelauto een membraan toedat gebaseerd is op aromatische verbindingen.Daarmee kan de auto bij lageretemperatuur starten (-20 °C) en toch bijhogere temperatuur goed functioneren(tot 95 °C). Het ideale materiaal is nogniet gevonden. Onderzoekers denken datdat nog zeker vijf jaar kan duren.ConcurrentieslagOm de brandstofcel een aantrekkelijkalternatief te maken voor de verbrandingsmotormoet op het gebied vangewicht, vermogen en kosten nog vooruitgangworden geboekt. Maar er geldennogal wat randvoorwaarden. Het gewichtmoet laag zijn; niet hoger dan een kilo pergeleverde kilowatt. Het vermogen moetminimaal 75 kW bedragen, maar liefstVloeibare waterstof met een temperatuur van 20Kelvin kan worden opgeslagen in enkelwandigeof dubbelwandige, vacuümgeïsoleerde tanks.Doorgaans streeft men naar zo groot mogelijkecontainers onder zo hoog mogelijke druk.power plant op brandstofcelbrandstofcelcentralewaterH 2 OBij de chloorfabriek vanAkzo Nobel in Delfzijl iseen elektriciteitscentralegebouwd die gebruikmaakt van een PEMbrandstofcel.Het is deeerste centrale in Europavan deze omvang, 120 kW.De benodigde waterstofkomt vrij als bijproductbij het maken van chloor.De opgewekte elektriciteitwordt direct teruggeleverdaan de fabriek. |hoger: in de buurt van de 100 à 150 kW,het vermogen dat een gemiddelde auto opfossiele brandstof levert. Verbetering vanhet vermogen gaat echter ten koste vanhet gewicht.Verder mag ook de prijs per kW nietboven de vijftig dollar uitkomen. Vooralefficiëntere katalyse zou bijdragen aaneen hoger vermogen. Maar dat gaat tenkoste van de prijs, omdat er onder anderemeer platina nodig zal zijn. Momenteelzit er ongeveer 0,4 gram platina per kWin een cel, ofwel dertig gram voor een autovan 75 kW. De hoeveelheid platina moetnog met de helft dalen. Men probeert ditdoor het platina fijner te verdelen over degrafietelektrodes. Ook wordt onderzochtof toepassing van een legering de katalyseefficiënter maakt. Platina gemengd metruthenium is geschikt om aan de anodete gebruiken, platina met cobalt levertaan de kathode een betere stabiliteit.Dergelijke legeringen zouden door besparingop platina voordeliger zijn.WaterstofbestendigTot slot moeten er ook alternatievematerialen worden ontwikkeld, omdatwaterstof reageert met de gangbare metalenwaarvan gascilinders en pijpleidingenzijn gemaakt. Een tijd lang dacht mendat metaalhydrides geschikt zouden zijn.Deze poreuze materialen werken als eensoort spons en nemen waterstof reversibelop in hun holtes. Dat is echter eenexotherm proces en voor het vrijmaken isdus energie nodig. De brandstoftank vaneen auto zou dan verwarmd moeten worden,waardoor een aanzienlijk deel vande energie-inhoud van waterstof wordtverbruikt voor opslag.Onderzoekers proberen nieuwe materialente vinden voor waterstofopslag,De diepte7b r a n d s t o f c e lBIOLOGISCHE brandstofcelEnergie uit afvalwaterBiologische brandstofcellen functioneren volgenshetzelfde principe als een normale brandstofcel.Organisch materiaal (CHO) in afvalwaterwordt door bacteriën omgezet in protonen enelektronen. De protonen diffunderen door een protonselectiefmembraan. De elektronen worden dooreen extern circuit geleid zodat elektriciteit wordtopgewekt. Aan de andere zijde van het membraankomen de elektronen en protonen weer bij elkaar enreageren samen met zuurstof tot water. Hetzelfdebio-elektrochemische principe wordt ook gebruiktom waterstof te maken uit afvalwater in plaats vanelektriciteit. Bij de biologische waterstofproductieuit afvalwater wordt aan de kathode stroom toegevoerdin plaats van zuurstof, waardoor waterstofontstaat in plaats van water. |afvoeraanvoerCO2anodestroomvoorzieninge -e -H 2CO2H +H +(CHO) nkathodewaterstofbijvoorbeeld nanogestructureerde magnesiumhydrides.Kleine deeltjes of dunnelagen moeten ervoor zorgen dat de temperatuurwaarbij het waterstofgas weervrijkomt niet te hoog is. Daarnaast wordtde mogelijkheid onderzocht om waterstofop te slaan in alanaten, verbindingen vannatrium, aluminium en waterstof. Er pastmeer dan de gewenste 5 gewichtsprocentwaterstof in dit materiaal en het desorbeertal bij 77 °C, wat toepassing in eenPEM-brandstofcel mogelijk maakt. |TTIW Wetsus, Leeuwarden