Led-lampen winnen waterstof uit ammoniak

Onderzoekers van de Amerikaanse Rice University hebben een techniek ontwikkeld die led-licht gebruikt om ammoniak om te zetten in waterstof. Met betaalbare en makkelijk verkrijgbare grondstoffen is een systeem gebouwd dat goedkoper, efficiënter, en op meer plekken toepasbaar belooft te zijn dan bestaande technieken om van ammoniak waterstof te maken.

In een paper dat deze week in het vooraanstaande wetenschappelijke tijdschrift Science is gepubliceerd, schrijven de wetenschappers dat ze een katalysator – een versneller van chemische reacties – hebben ontworpen die in plaats van op hitte, op licht werkt.

Geen hitte, maar licht

Waar bestaande thermochemische installaties ammoniak (NH₃) op temperaturen van vele honderden graden laten uiteenvallen in drie waterstofmoleculen (H) en één stikstofmolecuul (N), is het de wetenschappers gelukt dit te doen zonder die extreme hitte, maar met gigantisch felle led-lampen. In theorie is dit een stuk duurzamer, aangezien de huidige installaties met aardgas of olie tot hoge temperaturen worden opgestookt.

Lennart van der Burg, waterstofexpert bij onderzoeksinstituut TNO, legt uit dat het principe dat de wetenschappers gebruiken, photokatalyse wordt genoemd, licht-katalyse dus. Hij vindt het een interessante ontwikkeling. “Je hebt veel minder schaarse materialen nodig, het is energie-efficiënt omdat het op lage temperaturen werkt en de techniek kan op kleine schaal worden toegepast in modulaire reactoren”, zegt hij.

De techniek kan op licht in plaats van hitte werken door slim gebruik te maken van koper en ijzer. Op nano-schaal hebben de onderzoekers met ijzer- en kopermoleculen zogenaamde ‘antenne-reactoren’ in elkaar gezet die sterk op licht reageren en zo de omzetting van ammoniak in waterstof versnellen. Normale reactoren werken met veel duurdere en zeldzamere materialen zoals ruthenium, een metaal dat tot de platinagroep behoort.

Toepassingen op kleine schaal

Het nieuwe type reactor belooft op kleine schaal te kunnen worden toegepast. Van der Burg denkt dat het mogelijk is om de reactoren bijvoorbeeld op lange-afstandsschepen te installeren. Die zouden ammoniak ter plekke kunnen omzetten in waterstof om hun motor of brandstofcel op te laten draaien. Aan de andere kant wordt er ook gewerkt aan brandstofcellen die direct op ammonia werken, waarmee de extra stap terug naar waterstof overbodig wordt. “Voor elke toepassing van waterstof moet je naar de hele keten kijken, en bedenken welke manier van transport en gebruik het meest geschikt is.”

Maar, benadrukt Van der Burg, het kan zomaar nog tien tot vijftien jaar duren voordat we deze technologie in de praktijk terug gaan zien. “De onderzoekers werken nu nog op de vierkante centimeterschaal. Ze produceren enkele grammen waterstof”, vertelt hij. “Er zijn tientallen jaren lang miljarden geïnvesteerd in huidige thermochemische technieken. Het is niet gek dat het ontwikkelen van een heel nieuw principe veel tijd kost. Maar dat is geen reden om op je handen te gaan zitten. De uitdaging is juist om dergelijke ontwikkelingen te versnellen.”