HEADLINE: Nieuw reactieproces produceert waterstof uit water en alcohol

BYLINE: BRUNO VAN WAYENBURG

BODY:

Een alcohol-watermengsel is in een eenvoudige zelfstokende reactor efficient om te zetten in waterstof en koolstofdioxide, melden Amerikaanse en Griekse onderzoekers van de universiteiten van Minnesota en Patras (Science, 13 febr).

Het proces biedt zicht op economisch rendabele en tegelijk duurzame waterstofproductie uit hernieuwbare, plantaardige grondstoffen. Uit plantensuikers kan door fermentatie ethanol ontstaan, een proces waaraan ook bier, wijn en wodka hun alcoholinhoud danken. Nu al rijden er auto's op zulke bio-ethanol, vermengd met benzine. Maar de omzetting in waterstof, voor gebruik in elektriciteitsproducerende brandstofcellen is energiezuiniger, en levert geen vervuiling op in de vorm van roet en koolmonoxide.

Bovendien biedt het een mogelijke uitweg voor twee problemen van de veelgeroemde waterstofeconomie. Nu wordt waterstof vaak bereid uit fossiele brandstoffen. Die raken daardoor nog net zo hard op als in de olie-economie, en er komt net zo veel broeikaseffect-versterkend koolstofdioxide bij vrij. Bij het gebruik van bio-ethanol gebeurt dat laatste weliswaar ook, maar voorafgaand aan de productie van de brandstof is een gelijke hoeveelheid koolstofdioxide uit de atmosfeer opgenomen in de gebruikte gewassen.

Daarnaast is puur waterstof alleen in hogedruktanks praktisch te transporteren, wat de distributie en mobiele toepassingen lastig maakt. Ethanol is daarentegen te vervoeren in gewone tanks, en lang niet zo giftig als het verwante methanol, waaruit ook waterstof bereid kan worden.

Normaal gesproken kost het omzetten van alcohol en water in waterstof energie, waardoor de reactor extra gestookt moet worden. De oplossing van de Amerikanen is om nog meer water toe te voegen, en drie verschillende chemische reacties tegelijk te laten verlopen. Twee daarvan leveren waterstof en koolmonoxide op, maar kosten energie. De derde, de zogeheten 'water gas shift'-reactie, verbruikt juist koolmonoxide en levert energie op. Netto blijft er dan een energetisch gunstige waterstofproductie over.

Een sproeier verspreidt het water-alcoholmengsel in kleine druppeltjes, die vervolgens snel verdampen door verhitting. Samen met bijgemengde lucht loopt het reactiegas vervolgens snel door een poreuze katalysator van rhodium met ceriumoxide op 700 graden. Daarbinnen ontstaat de waterstof, waarbij genoeg warmte vrijkomt om de katalysator op temperatuur te houden.

De reactor is gemakkelijk kleinschalig of mobiel uit te voeren, denken de onderzoekers, zodat eerste toepassingen mogelijk in afgelegen gebieden zonder stroom zullen zijn. De prijs van de geleverde energie is onder ideale omstandigheden vier dollarcent per kilowattuur, vergelijkbaar met marktprijzen.

Doordat ook een restje koolmonoxide de reactor verlaat, kan het afgetapte waterstof echter niet meteen gebruikt worden in de populaire PEM-brandstofcellen (polymeer elektrolyt membranen). Dit type brandstofcellen, veel gebruikt in mobiele toepassingen als waterstofauto's, is zeer gevoelig voor koolmonoxide. Een extra zuiveringsstap of een ander type brandstofcel zou dit probleem kunnen omzeilen, stellen de onderzoekers.

De FCX, de commercieel verkrijgbare waterstofcelauto van Honda.