Het probleem van zonne- en windparken is dat je de stroom niet kunt opslaan als je er te veel van produceert. Daarom zoeken wetenschappers naar mogelijkheden om die elektriciteit te gebruiken om waterstof of ammoniak te gebruiken. Dat kan dan weer dienen als brandstof voor een brandstofcel. Daar heb je katalysatoren bij nodig. Een van de problemen is dat ze duur zijn. Het is ook mogelijk daar zogenoemde biokatalysatoren voor te gebruiken. Die zijn goedkoper. Maar helaas instabiel. Een snufje zout lijkt dat probleem de wereld uit te helpen, zo ontdekten wetenschappers van de Ruhruniversiteit Bochum (RUB).
Biologische en bio-geïnspireerde katalysatoren zijn er in overvloed. Hun katalytische prestaties liggen dicht bij die van edelmetaalkatalysatoren. “Sommige van de meest actieve kleine katalysatoren die relevant zijn voor duurzame energiesystemen, zijn zo gevoelig voor zuurstof dat ze binnen enkele seconden volledig worden uitgeschakeld wanneer ze ermee in contact komen”, legt prof. dr. Nicolas Plumeré
Jodide zout oplossing van het probleem
De onderzoekers ontdekten pas onlangs dat je een beschermlaag op de biokatalysatoren kunt aanbrengen tegen de inwerking van zuurstof. In theorie zou dat in principe oneindig moeten duren. In de praktijk hield het echter maar enkele uren stand. Dat verbaasde de wetenschappers, omdat ook in een zuurstofvrije omgeving zicht het zelfde probleem voordeed.
De onderzoekers concludeerden dat ze ofwel het mechanisme voor de bescherming tegen zuurstof nog niet begrepen, ofwel dat er naast de deactivering door zuurstof nog andere schadelijke processen plaatsvinden. Om dit te onderzoeken combineerden ze verschillende methoden die hen in staat stelden om precies te onderzoeken wat er in de beschermende laag gebeurt. Zo ontdekten ze dat er op die beschermende laag waterstofperoxide werd gevormd, dat de katalysator aantast. Het toevoegen van jodide zout aan de elektrolyt kan dit voorkomen en de levensduur van de katalysatoren aanzienlijk verlengen.
Vorming waterstofperoxide onderdrukken
Het onderzoeksteam heeft kunnen aantonen dat het splitsen van waterstofperoxide met behulp van jodidezouten de halfwaardetijd van een biokatalysator als hydrogenase voor waterstofoxidatie tot één week bij constante omzetting verhoogt.En dat zelfs bij blootstelling aan constant hoge zuurstofconcentraties. “Over het algemeen bevestigen onze gegevens de theorie dat zulke beschermende films zuurstofgevoelige katalysatoren volledig immuun maken voor directe deactivering door zuurstof”, vat Plumeré samen. “Het is dus echter ook zeer belangrijk om de productie van waterstofperoxide te onderdrukken om volledige bescherming te bereiken.”
“Ons onderzoek toont aan dat het simpelweg toevoegen van jodidezouten aan de elektrolyt kan volstaan om de inactiveringssnelheden van biokatalysatoren aanzienlijk te verminderen,” aldus de onderzoekers. Volgens hun beoordeling maakt dit een wijdverbreide implementatie van andere elektrokatalytische processen in reële toepassingen mogelijk maken. Het gaat daarbij om processen zoals de productie van zonnebrandstoffen door middel van kooldioxidereductie en de elektrosynthese van fijne of basischemicaliën zoals ammoniak.
Het onderzoek is vorige week gepubliceerd in Nature Communications.
