Groene duurzame waterstof wordt geproduceerd door middel van elektrolyse. Een nieuwe vinding kan de hiervoor benodigde elektrolyzers niet alleen een stuk goedkoper maken, deze biedt ook nog eens zo’n 20 procent betere prestaties. Het geheim: Anion Exchange Membranes ofwel AEM’s. Nu nog nauwelijks commercieel succesvol, maar dat zou op ten duur wel eens kunnen gaan veranderen.
PEM-elektrolyse, de marktleider
Groene (duurzame) waterstof wordt geproduceerd door water (H2O) met behulp van groene stroom te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Bij deze productie komt geen CO2 vrij.
Voor deze splitsing worden steeds vaker PEM (Protone Exchange Membrame) elektrolyzers toegepast. Hierin worden een anode en een kathode in een elektrolyt materiaal gescheiden door een membraan dat is ontworpen om positief geladen waterstofionen (H+)door te laten als ze worden aangetrokken door de kathode. Hier combineren ze met elektronen om waterstofgas te vormen dat wordt opgevangen. Bij de anode komt de zuurstof vrij.
Een nadeel van deze methode is echter dat een PEM elektrolyzer voor een zeer klein gedeelte bestaat uit dure (schaarse) metalen. De zure omgeving die PEM’s nodig hebben, vereist over het algemeen metalen zoals platina, ruthenium of iridium in de elektroden en titanium in hun scheidingsplaten.
AEM-elektrolyse, nog geen groot succes
Een alternatieve elektrolysetechnologie, zijn Anion Exchange Membranes (AEMs) electrolyzers. Hierbij laat het scheidingsmembraan in plaats van positief geladen waterstofionen, negatief geladen OH–ionen door. Deze worden aangetrokken door de anode, waar ze combineren om zuurstof- en watermoleculen te vormen, terwijl de waterstofatomen naar de kathode trekken om als H2-gas te worden opgevangen.
AEM’s kunnen werken onder alkalische omstandigheden, dus ze hebben geen luxe edelmetalen nodig. Hierdoor zijn de benodigde materialen zo’n 3.000 keer goedkoper. AEM’s zijn echter tot op heden nog geen commercieel succes geworden, omdat ze niet zo goed presteren en niet zo lang meegaan.
Nieuwe AEM membraan- en elektrode assemblage
Een team van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) zegt nu echter dat het een nieuwe membraan- en elektrode assemblage heeft getest die een factor zes beter presteert dan eerdere AEM’s en een factor 10 langer meegaat. Bovendien biedt het ook nog eens zo’n 20 procent betere prestaties opzichte van de huidige PEM-technologie.
“Het onderzoeksteam ontwikkelde op poly(fluorenyl-co-arylpiperidinium) (PFAP) gebaseerde Anion Exchange Membranes (AEMs) met een hoge ionengeleiding en duurzaamheid onder alkalische omstandigheden. Dit doen ze door het specifieke oppervlak binnen de structuur te vergroten. Het ontwikkelde materiaal geeft hierdoor een duurzaamheid van meer dan 1.000 bedrijfsuren en heeft een nieuwe record celprestatie van 7,68 A/cm2 bereikt. Dit is ongeveer zes keer de prestatie van bestaande Anion Exchange Membranes (AEMs) en ongeveer 1,2 x die van de dure commerciële PEMWE technologie (6 A/cm2).
Pas op langere termijn
Helaas is de techniek op korte termijn nog geen PEM killer. De duurzaamheid blijft namelijk nog sterk achter bij die van PEM elektrolyzers. Deze hebben doorgaans een bedrijfsduur van zo’n 50.000 uur. En zelfs als het AEM materiaal sterk verbetert, zal het dus nog zo’n 50.000 uren duren voordat dit ook in de praktijk is bewezen. En dat is al gauw zo’n 5,7 jaar.
bron: KIST
0 reacties