211service.com
Auto's rijden op waterstof gemaakt van zetmeel
Met behulp van een stoofpot van enzymen die uit verschillende organismen zijn gehaald, hebben onderzoekers een manier ontwikkeld om zetmeel, dat verkrijgbaar is uit talloze bronnen, waaronder maïs en aardappelen, bij lage temperaturen en drukken om te zetten in waterstofgas. De methode produceert drie keer meer waterstof dan een oudere enzymatische methode, wat suggereert dat het praktisch zou kunnen zijn om dergelijke enzymen te gebruiken om waterstof te produceren voor brandstofcelvoertuigen.
Hoewel brandstofcelvoertuigen aantrekkelijk zijn omdat ze geen verontreinigende stoffen uitstoten, was het een uitdaging om schone en betaalbare manieren te vinden om waterstof te produceren, te vervoeren en op te slaan om ze van brandstof te voorzien. Meestal wordt waterstof gewonnen uit fossiele brandstoffen. Het maken van waterstof door water te elektrolyseren is energie-intensief en kan duur zijn. Het nieuwe systeem verbetert andere experimentele methoden voor het maken van waterstof uit biomassa door gebruik te maken van lage temperaturen, waardoor het mogelijk handiger en energiezuiniger wordt.
De onderzoekers – van Virginia Tech , in Blacksburg, VA; Oak Ridge National Laboratory ; en de Universiteit van Georgia, in Athene, combineerden 13 commercieel verkrijgbare enzymen geïsoleerd uit gist, bacteriën, spinazie en konijnenspier. Het werk is beschikbaar online in PLoS ONE , een tijdschrift uitgegeven door de Openbare Bibliotheek van Wetenschap . De waterstof komt uit twee bronnen: het zetmeel en het water dat wordt gebruikt om het zetmeel te oxideren. De enzymen faciliteren chemische reacties waarbij het water en het zetmeel volledig kunnen worden omgezet in waterstof en koolstofdioxide, zegt Y. Percival Zhang , hoogleraar biologische systemen aan Virginia Tech. (De vrijgekomen kooldioxide wordt gecompenseerd door de kooldioxide die wordt opgevangen door planten die het zetmeel leveren.)
Het nieuwe systeem levert een hogere opbrengst aan waterstof op dan eerdere experimentele systemen die enzymen gebruikten om suikers om te zetten in waterstof. Maar hoewel de opbrengst aan waterstof hoog is, zijn de snelheden waarmee het gas wordt geproduceerd tot dusver extreem laag. Dat komt deels omdat de onderzoekers kant-en-klare enzymen gebruikten en het systeem niet hebben geoptimaliseerd, zegt Zhang. Het volgende project van de wetenschappers omvat het in detail analyseren van elke fase van het proces om de snelheidsbeperkende stappen te vinden.
Een van de enzymen kan bijvoorbeeld een bijproduct produceren dat latere stappen vertraagt, zegt: Michael Adams , hoogleraar biochemie en moleculaire biologie aan de Universiteit van Georgia. De onderzoekers zouden dan op zoek gaan naar andere enzymen, of de huidige aanpassen, om het bijproduct te minimaliseren. Ze zullen ook op zoek gaan naar enzymen die bij hogere temperaturen kunnen werken. Als je de temperatuur met 10 graden verhoogt, kun je de reactiesnelheid meestal verdubbelen, zegt Zhang.
Een van de eerste toepassingen van het systeem, zegt Zhang, zou het opwekken van waterstof voor brandstofcellen in draagbare elektronica kunnen zijn. Het zetmeel zou een veiligere manier kunnen zijn om energie op te slaan dan het gebruik van methanol, een huidige toonaangevende optie voor dergelijke kleine brandstofcelsystemen. Hij schat dat het ongeveer zes tot acht jaar zal duren om de tarieven voor dergelijke toepassingen voldoende te verbeteren. Uiteindelijk hoopt hij zijn proces te gebruiken om een van de grootste huidige problemen met waterstof-brandstofcelauto's op te lossen: voldoende waterstof aan boord inbouwen om te concurreren met benzine-aangedreven voertuigen.
Maar sommige functionarissen van het Department of Energy (DOE) betwijfelen of het hele systeem licht genoeg zal zijn voor gebruik aan boord. Sunita Satyapal , de teamleider van waterstofopslag bij DOE, merkt op dat de schattingen van de onderzoekers het gewicht van het water of de andere apparatuur die nodig is om de waterstof te produceren, niet omvatten. Deze dingen kunnen het gewicht van het systeem meer dan verdubbelen, zegt ze, zelfs als het water dat door de brandstofcel wordt geproduceerd, wordt gerecycled. Het systeem zal waarschijnlijk te zwaar zijn om het voertuig een rijbereik te geven dat kan concurreren met benzinemotoren, stelt Satyapal.
Ze merkt ook op dat de snelheid van de waterstofproductie nu orden van grootte lager is dan nodig zou zijn voor gebruik in voertuigen, en het zal erg moeilijk, zo niet onmogelijk zijn om de snelheid voldoende te verbeteren.
Maar zelfs als het nieuwe systeem niet bruikbaar is als een manier om waterstof in een auto te produceren, zou het uiteindelijk nuttig kunnen zijn voor het produceren van waterstof bij tankstations. Een van de uitdagingen bij waterstofproductie zijn de kosten van het comprimeren en transporteren van waterstof vanaf centrale locaties. On-site productie met behulp van enzymen bij tankstations, of zelfs bij mensen thuis, zou deze problemen kunnen omzeilen. Bij dergelijke toepassingen kan de waterstofproductie lager zijn dan aan boord van een voertuig, aangezien de waterstof de klok rond kan worden geproduceerd in relatief grote tanks.
Toch staan sommigen sceptisch tegenover het basisconcept van het gebruik van zetmeel om brandstof te maken. Van voedsel waterstof maken is niet zo'n geweldig idee, zegt John Deutch , een scheikundeprofessor aan het MIT. Inderdaad, de vraag naar maïs om ethanol te maken, verhoogt al de voedselprijzen. Het gebruik van maïszetmeel om waterstof te maken zou het probleem kunnen verergeren.
Maar Zhang merkt op dat het gebruik van zetmeel om waterstof te maken een veel beter gebruik van de beschikbare maïs zou zijn dan er ethanol van te maken: brandstofcellen kunnen drie keer efficiënter zijn dan verbrandingsmotoren die ethanol verbranden. Toch ziet hij zetmeel als een tijdelijke oplossing. Zhang ontwikkelt ook een versie van het proces dat begint met cellulose, dat voornamelijk voorkomt in de niet-voedseldelen van planten.