Elektrolyse, het opsplitsen van het watermolecuul met elektriciteit, is de schoonste manier om waterstof te verkrijgen, een schone en hernieuwbare brandstof. Nu hebben onderzoekers een nieuwe katalysator ontworpen die de kosten van de elektrolytische waterstofproductie verlaagt. Katalysatoren verminderen de hoeveelheid elektriciteit die nodig is om de chemische bindingen te verbreken, versnellen de reactie en minimaliseren het energieverspilling.
¨Normaal gesproken wordt waterstof verkregen uit een goedkoop proces dat stoomreforming heet. Maar dit is geen schone waterstof, dit proces maakt gebruik van aardgas en produceert koolstofdioxide en andere verontreinigende stoffen.¨
¨Het watermolecuul doorbreken is schoner, maar het is niet gemakkelijk. We moeten nieuwe goedkope, efficiënte katalysatoren ontwikkelen waarmee we waterstof tegen een concurrerende prijs kunnen verkrijgen. Tot op heden zijn de beste katalysatoren gebaseerd op iridiumoxiden, maar iridium is een zeer duur en schaars edelmetaal.¨
Chemici ontdekten een verbinding gemaakt van kobalt en wolfraam – technisch een polyoxometalaat genoemd – die watersplitsing beter kan katalyseren dan iridium.
¨Onze polyoxometalen zijn veel goedkoper dan iridium en stellen ons in staat om te werken in een zure omgeving, de ideale omgeving om zuurstof te genereren die normaal een nadeel is voor katalysatoren, die meestal door het zuur worden aangetast.¨
Joaquin Soriano, co-auteur van het artikel en momenteel een postdoctoraal onderzoeker aan het Trinity College in Dublin, legt uit dat onze katalysatoren bijzonder goed werken als we werken met lage voltages.
¨Dat lijkt misschien een probleem, maar het is eerder een voordeel, het bespaart elektriciteit en het zal ons binnenkort in staat stellen om de energie te krijgen die nodig is voor het splitsen van water uit hernieuwbare bronnen zoals zonnepanelen.¨
Bovendien presenteren onderzoekers in hun artikel een extra ontdekking. Ondersteuning van de katalysatoren in een gedeeltelijk waterafstotend materiaal, welke de efficiëntie van het proces verbetert. Dit genereert een ‘waterdichte‘ reactor waar de elektrolyse sneller verloopt en ook de levensduur van de katalysatoren verbetert.
De nieuwe techniek verbetert niet alleen de prestaties van de nieuwe kobalt-wolfraam polyoxometalen, maar ook met veel verschillende katalytische systemen. Tegenwoordig onderzoeken onderzoekers nieuwe manieren om te profiteren van deze nieuwe ontdekking, door nieuwe steunstructuren te ontwikkelen om de efficiëntie van watersplitsing verder te verhogen, een fundamentele stap in de richting van de evolutie van kunstmatige fotosynthese.