211service.com
Recyclebare waterstofbrandstoftanks
Een uitdaging bij het gebruik van waterstof als transportbrandstof - naast het vinden van een schone, goedkope bron van de brandstof zelf - is hoe deze veilig en omkeerbaar kan worden opgeslagen zonder al te veel ruimte in beslag te nemen. Waterstof heeft een lage dichtheid, dus het is noodzakelijk om het ofwel onder druk op te sluiten, wat een veiligheidsrisico vormt, ofwel chemisch of in een absorberend materiaal.
Bij chemische opslag wordt waterstof gebonden aan de moleculen in een vast materiaal zoals ammoniakboraan. Het voordeel van chemische opslag is dat deze materialen inerte vaste stoffen zijn en dat de waterstof gemakkelijk kan worden verwijderd voor reactie in een brandstofcel. Maar de materialen die in ontwikkeling zijn voor het chemisch opslaan van waterstof hebben een grote beperking: het tanken ervan als ze eenmaal zijn verbruikt, kost veel energie. Nu hebben onderzoekers een reeks reacties ontwikkeld om het waterstof-opslagmateriaal ammoniakboraan met hoge dichtheid bij lagere temperaturen te tanken via een proces dat veel minder energie verbruikt.
Het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) heeft zich ten doel gesteld een auto met brandstofcel op waterstof te maken die 300 mijl kan afleggen op een enkele brandstoftank met behulp van chemische waterstofopslag. De auto's zouden naar een centrum worden gebracht om de gebruikte tanks voor nieuwe te ruilen, waarbij de gebruikte tanks in een fabriek worden geregenereerd.
Het vermogen van een materiaal om waterstof chemisch op te slaan wordt gemeten als het percentage van zijn gewicht dat door het element wordt ingenomen; om zijn doelen te bereiken, is de DOE-benchmark voor waterstofopslagmaterialen 6 procent per gewicht in 2010 en 9 procent in 2015. Het goede nieuws over ammoniakboraan is dat het de door de DOE vastgestelde volume- en gewichtsdoelen kan halen of overtreffen, zegt Jamie Holladay , een senior onderzoeksingenieur bij het Pacific Northwest National Laboratory. Ammoniakboraan bevat 19,6 gew.% waterstof. De uitdaging is de regeneratie van de verbruikte splijtstof, zegt hij.
Als je de waterstof eenmaal uit het ammoniakboraan haalt, kun je het niet zomaar met meer waterstof onder druk zetten om de brandstof te regenereren, omdat dit te energie-intensief is, zegt John Gordon , een onderzoekschemicus aan het Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Om erachter te komen welke reacties waarschijnlijk het beste zouden werken zonder honderden op de bank te hoeven testen, werkten chemici van Los Alamos samen met David Dixon , een professor in de chemie aan de Universiteit van Alabama, die algoritmen ontwikkelde om de energetische eigenschappen van de reacties te voorspellen. De groep testte vervolgens de meest veelbelovende chemicaliën en ontdekte dat het gebruik van een tinkatalysator en het regenereren van het materiaal in verschillende stappen veel minder energie vergde dan het rechtstreeks aansturen van de reactie.
Natuurlijk blijft er een groot probleem voordat waterstof-brandstofcelauto's praktisch worden: het ontwikkelen van verbeterde methoden om waterstof te maken in de eerste plaats, een uitdaging waar andere onderzoekers aan werken.