Nanomaterialen voor waterstofproductie

Ruud van Ommen ontwikkelt technieken om nanomaterialen te produceren op industriële schaal. Dure edelmetalen die nodig zijn als katalysator vormen de bottleneck voor het opschalen van waterelektrolyse.

Grofweg zijn er twee soorten waterelektrolyse”, legt chemisch technoloog Ruud van Ommen (faculteit Technische Natuurwetenschappen, TNW) uit, “de alkaline elektrolyse, een oudere technologie uit de industrie, en de Polymer Electrolyte Membrane (PEM) elektrolyse.” Deze laatste techniek scheidt door het proton exchange membrane direct waterstof en zuurstof en lijkt de hoogste ogen te gooien. Van Ommen: “De uitdaging is dat je voor deze techniek dure edelmetalen nodig hebt als katalysator.”

De efficiëntie van waterelektrolyse ligt tussen de 60-75, maximaal 80 procent. “De efficiëntie heeft alles te maken met de stroomdichtheid”, legt onderzoeker duurzame energieopslag Hans Geerlings (TNW) uit. “Als je de elektriciteit langzaam laat stromen, is de efficiëntie groter, maar als je de elektrolyser op zijn staart trapt wordt de omzetting minder efficiënt. Dat is altijd een afweging als je wilt opschalen.”

Volgens Van Ommen is op de doelmatigheid van PEM-elektrolyse nog weinig winst te behalen: “Het gaat er vooral om dat je de hoeveelheid katalysator iridium sterk terugbrengt. Nu is 200 milligram iridium per kilowatt nodig, dat moet met minstens een factor twintig omlaag.”

Plukjes atomen

Aan deze stap werkt Van Ommen door gebruik te maken van atoomlaagdepositie (ALD), een techniek uit de chipindustrie. De atomen van de katalysator worden plukje voor plukje aangebracht, waardoor het oppervlak groter wordt en minder katalysator nodig is. Deze techniek werkt ook voor andere energietoepassingen zoals platina voor waterstofauto’s, en kobalt voor elektrische auto’s.

Uit het onderzoek van Van Ommen is een spin-outbedrijf opgericht, Delft IMP (Intensified Materials Production). Delft IMP produceert nanomaterialen met ALD op kilogramschaal. De technologie is nog in ontwikkeling, maar Van Ommen verwacht dat IMP de nanomaterialen binnen enkele jaren al op tonschaal produceert. Ook Geerlings voorziet een snelle opschaling van waterelektrolysers: “Zonne- en windenergie zit in de lift, en dat vraagt om goede elektrolysers. Binnen tien jaar gebruiken we waterelektrolyse wereldwijd op grote schaal.”

/* */