Door Bruno van Wayenburg

Bellen op alcohol

De miniatuurbrandstofcel kan een einde maken aan het alsmaar opladen van

batterijen.

Palmtop met prototype van brandstofcel van Motorola.

Iedereen die er een heeft, weet dat batterijen voor laptop, mobieltje of

`personal assistant' snel opraken, en vaak op de ongelukkigste momenten.

Opnieuw laden duurt uren, als er al een stopcontact in de buurt is.

Een mogelijke oplossing is de miniatuurbrandstofcel, die de chemische

energie van brandstoffen als methanol of waterstof omzet in

elektriciteit. Op een enkele brandstofcartridge moet tussen tien en

twintig uur mobiel getelefoneerd of gelaptopt kunnen worden, waarna er

alleen een nieuwe cartridge ingeklikt hoeft te worden.

Op zich zijn brandstofcellen niets nieuws. In de ruimtevaart worden ze al

decennialang gebruikt, en auto's en bussen met brandstofcellen op

waterstof aan boord zijn in het experimentele stadium, net als kleine

elektriciteitscentrales. Brandstofcellen zijn betrouwbaar, efficiënt (tot

60 procent van de chemische energie van de brandstof wordt omgezet) en

hebben geen storingsgevoelige bewegende onderdelen.

Het ligt dan ook voor de hand om ze te verkleinen om mee te dingen naar

de miljarden euro's die nu jaarlijks worden uitgegeven aan oplaadbare

batterijen voor draagbare elektronica. Naast de brandstofcellen zelf kan

de verkoop van brandstofcartridges een flinke melkkoe worden.

Er wordt dan ook volop aan gewerkt, door grote namen als Samsung en

Motorola, maar ook kleine startups en universitaire onderzoeksgroepen

doen mee in de race.

De huidige prototypes zijn echter nog een paar slagen te groot voor het

mobieltje. Het eerste product dat op de markt verschijnt, wordt daarom

– enigszins ironisch – een hulpstuk voor de huidige

batterijentechnologie.

,,We denken dat we over drie tot vijf jaar met een draagbare oplader voor

batterijen kunnen komen', zegt Jerry Rockwell, onderzoeksleider van het

draagbare-brandstofcellenproject van Motorola.

Motorola presenteerde afgelopen najaar een prototype van een

brandstofcel, die werkt op het veelgebruikte methanol, een giftige

chemische verwant van alcohol. De cel zelf meet tien centimeter bij vijf

bij één. De energieproductie is een tiende watt aan energie, net genoeg

vermogen voor een batterijoplader.

Het Koreaanse Samsung denkt er even lang over te doen voordat het eerste

product op de markt is, ook een batterijoplader. Veel andere bedrijven

noemen vergelijkbare termijnen, maar het Amerikaanse Medis Technologies

heeft voor 2003 een kleine brandstofcel aangekondigd die direct in een

mobiele telefoon past. Dat zou een flinke prestatie zijn, want voor

mobiele telefoons is een volle watt stroom nodig, terwijl de ruimte nog

beperkter is. Laptops, met meer ruimte aan boord voor een stroombron,

gebruiken tientallen watts.

Het probleem is het verkleinen van de celelementen zelf met behoud van

capaciteit, en het integreren van alle extra onderdelen die nodig zijn

voor een brandstofcel. Een element zelf lijkt in ontwerp behoorlijk op

een conventionele batterij. De reactie heeft plaats in twee aparte

gescheiden compartimenten. In het ene reageert de brandstof, onder

invloed van een katalysator tot kooldioxide en waterstofionen, die door

een membraan doorsijpelen naar het andere compartiment. Daar reageren de

ze, weer onder invloed van een katalysator, met zuurstof uit de lucht tot

water. Metalen elektrodes in beide compartimenten voeren de elektrische

stroom af. De brandstofcel is een cascade van dit soort elementen.

Het verschil tussen brandstofcellen en batterijen is dat brandstof en

zuurstof voortdurend aan- en afgevoerd moeten worden. De cel moet ademen.

Het prototype van Motorola heeft centimetergrote miniatuurpompjes om

zuurstof, kooldioxide en de brandstof zelf af en aan te voeren. Ook is er

systeem ingebouwd voor recycling van het water, waarmee de pure methanol

uit de cartridge verdund wordt voor gebruik. Andere ontwerpen hebben een

passieve zuurstofaanvoer en kooldioxideafvoer in de vorm van luchtgaten.

Ontwerpen zonder recyclingsysteem moeten het geproduceerde water zien af

te voeren zonder te wasemen of te druppelen.

Een alternatief voor methanol als brandstof is puur waterstof, dat een

hogere energiedichtheid heeft. Een nadeel dat het gas waterstof moeilijk

is op te slaan. Het Duitse Fraunhoferinstituut ontwikkelt een

experimentele 10 watt-miniatuur-brandstofcel voor laptops. De benodigde

waterstof wordt opgeslagen in de vorm van een verbinding met een

metaalpoeder, die in cartridgevorm kan worden verwisseld.

Ook kan de de waterstof uit methanol worden geproduceerd door het bij een

katalysator van boven de 200 graden celsius te laten ontleden. Dit

`reform'-proces, waaraan verschillende partijen onderzoek doen, kan

hogere vermogens leveren dan het directe gebruik van methanol als

brandstof.

En er is nog de mogelijkheid om de brandstof doodgewoon te verbranden:

onderzoekers van de universiteit van Californië in Berkeley werken aan

een experimentele verbrandingsmotor ter grootte van een gulden. Een

generator, in feite een dynamo, zou de laptop van stroom moeten gaan

voorzien. De motor loopt vooralsnog op waterstof en levert een handjevol

watts, maar in de toekomst moet hij op vloeibare koolwaterstoffen als

butaan gaan draaien. De onderzoekers werken zelfs aan een minikatalysator

om de uitstoot te zuiveren.

Economie / Product & Techniek