Stel je een snelweg voor waar normaal gesproken elke paar kilometer een file staat. Auto’s komen vooruit, maar langzaam en met veel gedoe. Zo werkt het al jaren met protonen in SOFC brandstofcellen. Ze kunnen zich verplaatsen, maar blijven onderweg vaak “hangen” in de kristalstructuur van de materialen. Het gevolg: SOFC brandstofcellen moeten op hoge temperaturen draaien (600–700 °C) om nog een beetje efficiënt te zijn. Dat maakt ze duur en kwetsbaar.
Onderzoekers van de Kyushu University in Japan hebben nu een manier gevonden om die protonen écht vrij baan te geven. Hun geheim? Een netwerk van ScO₆-octaëders, mogelijk gemaakt door een flinke dosis scandium in een perovskiet-oxide. Daarmee ontstaat een soort proton-snelweg zonder verkeersopstoppingen.
Het resultaat is ronduit spectaculair: bij slechts 300 °C behalen deze nieuwe materialen een geleidbaarheid die tot nu toe alleen bij 600-700 °C haalbaar was.
“We hebben eigenlijk een nieuwe route voor protonen geopend. In plaats van dat ze telkens vastlopen, kunnen ze zich nu razendsnel verplaatsen. Dat maakt brandstofcellen veel efficiënter en vooral praktischer,”
prof. Yamazaki, mede-auteur van het onderzoek.
Praktisch nut voor de waterstofeconomie
Wat betekent dit nu concreet? De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan alleen SOFC’s. Het principe van efficiënte ionenpaden kan breder worden ingezet:
- Goedkopere brandstofcellen: lagere temperaturen vragen om minder dure en hittebestendige materialen. Denk aan toepassingen in woningen, vrachtwagens en bussen.
- Betere elektrolyzers: waterstof kan bij lagere energie-input geproduceerd worden, met minder slijtage aan de installatie.
- Waterstofpompen en opslag: robuuster en efficiënter, omdat componenten minder zwaar belast worden.
Wat betekent dit voor Nederland?
Nederland zet stevig in op waterstof. De eerste waterstofbussen rijden al in onder andere Groningen, Doetinchem en Amsterdam. In de havens van Rotterdam en Zeeland worden grote elektrolyzers gebouwd om groene waterstof te produceren met wind op zee. En woningcorporaties experimenteren met waterstofverwarming, zoals in Rozenburg en Stad aan ’t Haringvliet.
De ontdekking uit Japan kan al deze ontwikkelingen versnellen:
- Voor mobiliteit: brandstofcellen in bussen en vrachtwagens hoeven minder heet te werken. Dat maakt ze betrouwbaarder én goedkoper in onderhoud – een cruciale factor voor grootschalige uitrol.
- Voor elektrolyzers: de geplande gigawatt-elektrolyzers in Groningen en Zeeland zouden efficiënter en duurzamer kunnen worden. Minder warmte betekent minder slijtage en lagere energiekosten.
- Voor woningen: protongeleidende brandstofcellen bij 300 °C maken compacte, veilige systemen mogelijk die zowel warmte als stroom leveren. Ideaal voor bestaande wijken die niet makkelijk te elektrificeren zijn.
- Voor industrie: denk aan Tata Steel, Yara of chemieclusters in Delfzijl en Chemelot. Lagere bedrijfstemperaturen maken het makkelijker om CO₂-omzettingsprocessen in te passen in bestaande fabrieken.
Practische doorbraak
De ontdekking laat zien dat slimme materiaalkeuze de sleutel kan zijn tot doorbraaktechnologie. Door te spelen met de kristalstructuur en scandium in grote hoeveelheden toe te voegen, zijn protonen eindelijk verlost van hun “valkuilen”.
En dat betekent dat de stap naar betaalbare, compacte en duurzame electrolyser en brandstofcellen dichterbij komt. Niet in een verre toekomst, maar op een termijn die relevant is voor de Nederlandse energietransitie.
Deze innovatie kan de praktische doorbraak zijn waar veel Nederlandse waterstofprojecten op wachten: van schoner openbaar vervoer tot efficiëntere elektrolyzers in de haven, en van CO₂-hergebruik tot verwarming van hele woonwijken.
Bron: Nature.com
0 reacties