Klimaat & energie › Groene waterstof & e-fuels
Duitse katalysator wint waterstof uit onzuiver bio-mierenzuur
Duitse onderzoekers hebben een katalysator ontwikkeld die waterstof kan halen uit mierenzuur gemaakt van biomassa, zonder dat het zuur eerst gezuiverd moet worden. In een proeffabriek draaide het proces meer dan 820 uur stabiel door en leverde het zo'n 30 kubieke meter waterstof op.
Mierenzuur is een bekende chemische stof: er wordt jaarlijks wereldwijd ongeveer 1 miljoen ton van geproduceerd, onder meer als toevoeging in diervoeder. De laatste jaren groeit de belangstelling voor een heel andere toepassing: mierenzuur als opslagmiddel voor waterstof. Tot nu toe werd mierenzuur vooral uit fossiele grondstoffen gemaakt. Het Beierse bedrijf OxFA is momenteel het enige bedrijf dat mierenzuur produceert uit biomassa, en samen met het Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock is een volgende stap gezet: een katalysator die uit dit bio-mierenzuur op relatief milde temperatuur waterstofgas vrijmaakt. Voor het gezamenlijk ontwikkelde proces is een patent aangevraagd.
Dit tweetrapsproces, van biomassa via mierenzuur naar waterstof, wordt het BFH-proces genoemd. Als grondstof kan vrijwel elk soort biomassa dienen: houtachtig materiaal, vochtige reststromen, gefermenteerde biomassa en afval. Volgens het Duitse onderzoekscentrum voor biomassa DBFZ ligt er in Duitsland alleen al jaarlijks ongeveer 31 miljoen ton onbenutte droge biomassa die hiervoor gebruikt zou kunnen worden.
Te veel water is een probleem
De grootste hobbel bij dit proces is water. Mierenzuur gemaakt uit natte biomassa komt er sterk verdund uit, en juist een lage concentratie is ongunstig voor de chemische reactie die waterstof vrijmaakt. Normaal gesproken zou je het mierenzuur eerst zuiveren en concentreren, bijvoorbeeld door destillatie. Maar dat kost veel energie, wat averechts werkt als het doel juist is om er energie uit te winnen.
Onderzoeksleider Henrik Junge van LIKAT en zijn team losten dit op door bestaande rutheniumkatalysatoren aan te passen en te combineren met een amine als hulpstof. Die amine verhoogt de reactiviteit tussen het mierenzuur en de katalysator. Het resultaat is een katalysatorsysteem dat overweg kan met zowel zuiver commercieel mierenzuur als met sterk verdund, ongezuiverd bio-mierenzuur.
Twee gescheiden vloeistoflagen
Bij langdurig gebruik stapelt water zich echter op in het reactievat, omdat er steeds nieuw verdund mierenzuur wordt bijgevoerd. De oplossing van de onderzoekers is een systeem met twee vloeistoflagen die niet mengen, zoals vet en bouillon. In de ene, organische laag zitten de katalysator en de amine; in de andere, waterige laag zit het mierenzuur. Water kan zo apart worden afgevoerd, terwijl de kostbare katalysator in het systeem blijft. Voor een reactie moet het mierenzuur wel steevast de grens tussen de twee lagen oversteken om de katalysator te bereiken.
Interessant voor brandstofcellen
In de proeffabriek van OxFA in Beieren, onder leiding van Florian Kohler, functioneerde het systeem meer dan 820 uur ononderbroken en leverde het ongeveer 30 kubieke meter waterstof. Het proces werkt bij concentraties van 5 tot 99 procent mierenzuur en bij een temperatuur van 65 graden Celsius. Die temperatuur ligt precies in het bereik van laagtemperatuur-brandstofcellen, die onder de 100 graden werken. Daardoor kan deze techniek mogelijk direct worden gekoppeld aan systemen die waterstof omzetten in elektriciteit, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor duurzame energieopslag op basis van biomassa.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze doorbraak maakt het mogelijk om waterstof te winnen uit natte, ongezuiverde reststromen van biomassa, zonder de energie-intensieve zuiveringsstappen die dit voorheen nodig had. Dat kan bio-mierenzuur aantrekkelijker maken als tussenstation in de energietransitie, vooral in combinatie met brandstofcellen die op lage temperatuur werken. Voor een land als Duitsland, met tientallen miljoenen tonnen onbenutte biomassa per jaar, ontstaat zo een extra route naar groene waterstof.
- Mierenzuur
- Een eenvoudig organisch zuur dat naast toepassing in diervoeder steeds meer wordt gebruikt als opslag- en transportmiddel voor waterstof.
- Katalysator
- Een stof die een chemische reactie versnelt zonder er zelf blijvend in te veranderen.
- Ruthenium
- Een zeldzaam metaal dat vaak wordt gebruikt in katalysatoren voor chemische reacties met waterstof.
- Amine
- Een stikstofhoudende verbinding die hier als hulpstof de reactie tussen mierenzuur en katalysator versterkt.
- BFH-proces
- Het tweestapsproces waarbij biomassa eerst wordt omgezet in mierenzuur en dat mierenzuur vervolgens in waterstof.
- Dehydrogenering
- Het chemisch proces waarbij waterstofatomen uit een molecuul, zoals mierenzuur, worden vrijgemaakt.
- Tweefasensysteem
- Een reactiemengsel van twee vloeistoflagen die niet met elkaar mengen, waardoor stoffen zoals water en katalysator gescheiden kunnen worden gehouden.
- Brandstofcel
- Een apparaat dat waterstof direct omzet in elektriciteit, zonder verbranding.
- Biomassa
- Organisch materiaal, zoals hout, mest of plantenresten, dat als grondstof kan dienen voor energie of chemicaliën.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
