Doorbraak in brandstofcellen: veen als goedkoop alternatief voor platina

Een opmerkelijke ontdekking in de wereld van duurzame energie: veen, een alledaags natuurmateriaal, blijkt een veelbelovend alternatief voor het dure platina in brandstofcellen. Onderzoekers hebben aangetoond dat dit goedkope en toegankelijke materiaal bijna dezelfde prestaties levert als traditionele katalysatoren, wat de weg kan vrijmaken voor betaalbare en milieuvriendelijke technologieën.

Goedkoop veen als vervanger van platina

Een internationaal team van wetenschappers heeft een bijzondere vondst gedaan: goed ontbonden veen kan dienen als basismateriaal voor katalysatoren in brandstofcellen. Dit natuurlijke product is niet alleen veel goedkoper dan platina, maar blijkt ook verrassend efficiënt te zijn.

De resultaten, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano, laten zien dat een speciaal ontwikkeld ijzer-stikstof-koolstofmateriaal op basis van veen de prestaties van sommige dure katalysatoren benadert. Brandstofcellen spelen een belangrijke rol in de overgang naar schone energie. Ze zetten waterstof om in elektriciteit met enkel water als restproduct. Maar de hoge kosten van materialen zoals platina vormen al jaren een grote hindernis voor bredere toepassing van deze technologie.

Uitdagingen met platina halverwege opgelost

Het gebruik van platina in brandstofcellen is vooral problematisch vanwege de zeldzaamheid en de hoge prijs van dit metaal. Onderzoekers van onder meer het Helmholtz-Zentrum Berlin en de universiteiten van Tartu en Tallinn zochten daarom naar een betaalbaar alternatief. Ze richtten zich op anion exchange membrane-brandstofcellen, die eenvoudiger en goedkoper zijn dan andere typen cellen.

Met veen als grondstof ontwikkelden ze een nieuwe katalysator die ijzer en stikstof combineert met koolstofstructuren. Deze samenstelling bleek niet alleen goedkoop, maar ook robuust en effectief in het ondersteunen van de zuurstofreductiereactie zonder platina nodig te hebben.

Poreuze structuren uit de natuur

Wat veen zo geschikt maakt, is de natuurlijke microstructuur. Na bewerking vormt het een netwerk van kleine tunnels, ideaal voor het transport van zuurstof en waterstof. De onderzoekers testten verschillende varianten van hun katalysator, elk met een andere poriegrootte en samenstelling. Met geavanceerde technieken, zoals röntgenanalyse bij de BESSY II-synchrotron in Berlijn, maten ze de eigenschappen van deze materialen. Een poriekromming van drie nanometer bleek de ‘sweet spot’ voor optimale prestaties van de katalysator, die de rol van platina overtreft.

Duurzaamheid en beschikbaarheid van veen

Hoewel veen een veelbelovende grondstof is, roept het gebruik ervan ook vragen op over de impact op het milieu. Het winnen van vers veen kan schade toebrengen aan kwetsbare natuurgebieden. Daarom drukken de wetenschappers ons op het hart dat ze werken met sterk afgebroken veen, dat vaak al beschikbaar is in historische voorraden. Dit vermindert de druk op platina als grondstof aanzienlijk.

In Estland, waar een deel van het onderzoek plaatsvond, zijn grote hoeveelheden veen gereserveerd voor industriële toepassingen. Volgens de onderzoekers biedt dit een kans om hoogwaardige materialen te maken zonder de natuur verder te belasten.

Betekenis van veen tegenover platina aan het einde

Het vervangen van platina door een materiaal als veen kan de kosten van waterstof-brandstofcellen flink verlagen. Dit is vooral interessant voor sectoren zoals transport en energieopslag, waar prijs een grote rol speelt. Als deze technologie verder wordt ontwikkeld, kan het een belangrijke stap zijn richting betaalbare waterstofoplossingen. Het idee dat een simpel natuurproduct een hightech rol kan spelen, is opvallend en veelbelovend. Met verdere optimalisatie hopen de onderzoekers dat veen zelfs traditioneel platina kan vervangen als standaard in duurzame energietoepassingen. De combinatie van lage kosten en hoge efficiëntie maakt dit een ontwikkeling om in de gaten te houden.