Snelste waterstofbatterij ooit brengt waterstofauto dichterbij

Auto’s die rijden op mierenzuur? Het scenario is niet ondenkbaar na de vondst die fysisch chemicus Georgy Filonenko deed in zijn promotieonderzoek. Hij ontdekte een katalysator waarmee waterstof met koolstofdioxide (CO2) samen bliksemsnel mierenzuur kunnen vormen, sneller dan ooit gemeten. En de omgekeerde reactie gaat net zo makkelijk. Een stabiele en snelle batterij voor waterstof lijkt in de maak voor toepassing in bijvoorbeeld toekomstige waterstofauto’s. Hij promoveerde gisteren cum laude.

Waterstof is een van de belangrijkste kandidaten om de energiedrager van de toekomst te worden. Het is ’s werelds meest voorkomende element en bij verbranding ontstaan geen schadelijke gassen. De opslag van pure waterstof is echter een probleem, omdat een druk van enkele honderden bar nodig is om voldoende in een tank te krijgen. Deze praktische bezwaren bemoeilijken het gebruik van waterstof als brandstof in auto’s of bussen.

Al enkele jaren is bekend dat waterstof met CO2 is te combineren tot vloeibaar mierenzuur, waardoor je veel meer waterstof kan opslaan in hetzelfde volume. Maar de bottleneck was tot dusverre de snelheid waarmee de waterstof in het CO2 wordt opgenomen, weer wordt vrijgegeven, en hoe dit gecontroleerd kan worden. Tijdens experimenten stuitten twee bachelor studenten Scheikundige Technologie, die werkten onder begeleiding van Georgy Filonenko, per toeval op een katalysator die de reactie extreem snel liet verlopen: een complex van een organisch molecuul met een atoom van edelmetaal ruthenium.

Filonenko sloeg aan het rekenen en wist de reactie te optimaliseren. Hij haalde zodoende een reactiesnelheid die tien keer hoger lag dan het wereldwijd snelste bekende systeem, dat ook nog eens een aanzienlijk duurdere katalysator vergt. “Ook bijzonder is dat de reactie heel makkelijk omkeerbaar is”, zegt Filonenko. “Bij een temperatuur van 65 graden is het mierenzuur stabiel, maar verwarm je het naar 90 graden, dan komt het waterstof snel vrij.”

De snelheid van de reactie en de stabiliteit maken het mierenzuur tot een potentiele kandidaat voor een waterstofbatterij, bijvoorbeeld in een auto. “Voor het zover is moet de opslagdichtheid nog wel omhoog”, zegt Evgeny Pidko, de begeleider van Filonenko en winnaar van een Veni-subsidie waarmee dit onderzoek is gefinancierd. “Daarom kijken we ook naar andere moleculen om waterstof in op te slaan, zoals methanol. Ons doel van dit onderzoek was vooral fundamentele kennis verkrijgen, en toen struikelden we bijna over deze onverwachte uitkomsten.”