Brandstofcel-doorbraak: goedkoop alternatief voor peperduur platina overtreft alle verwachtingen

In dit artikel:

Een internationaal team van onderzoekers (Helmholtz‑Zentrum Berlin, PTB en de universiteiten van Tartu en Tallinn) toont aan dat sterk verteerd veen een verrassend geschikte basis vormt voor goedkope, platina‑vrije katalysatoren voor brandstofcellen. In een recent artikel in ACS Nano beschrijven ze hoe een op veen gebaseerd Fe‑N‑C‑materiaal bijna dezelfde prestaties bereikt als de beste niet‑edelmetaal‑katalysatoren, maar tegen veel lagere kosten.

Het probleem dat de studie adresseert is de afhankelijkheid van platina voor de zuurstofreductiereactie (ORR), een bepalende stap voor de efficiëntie van brandstofcellen. De onderzoekers mikten op anion exchange membrane (AEM)-brandstofcellen — een type dat goedkoper en eenvoudiger is dan de gebruikelijke PEM‑cellen maar andere katalysatoren vereist. Ze maakten vijf varianten van veenafgeleide Fe‑N‑C‑katalysatoren (gekalibreerd bij 800–1000 °C met verschillende poriemodificaties) en onderzochten hun microstructuur met geavanceerde small‑angle X‑ray scattering (SAXS) en anomalous SAXS bij de BESSY II‑synchrotron in Berlijn.

Uit de metingen kwamen dertien structurele parameters naar voren die de katalytische werking bepalen; de cruciale vondst was dat een minimale poriekromming van ongeveer 3 nm de ORR aanzienlijk verbetert en de vorming van ongewenst waterstofperoxide remt. Eén van de turf‑gebaseerde monsters bereikte prestaties vergelijkbaar met toonaangevende niet‑nobele katalysatoren. Dit onderstreept dat microstructuuroptimalisatie even belangrijk is als de chemische samenstelling voor effectieve katalysatoren.

Praktische en ecologische aspecten worden ook besproken. Hoewel turfwinning ecologisch gevoelig is, werken de onderzoekers met sterk afgebroken veen en verwijzen ze naar oude Estse afzettingen die voor industriële toepassing zijn aangewezen. Als opschaling mogelijk blijkt, kan vervanging van platina de kosten van AEM‑brandstofcellen flink drukken, wat aantrekkelijk is voor zware logistiek en stationaire energieopwekking.

Kortom: door slim gebruik te maken van natuurlijke koolstofstructuren en precieze röntgenanalyse laten de onderzoekers zien dat een alledaags materiaal als veen een rol kan spelen in betaalbare, schaalbare waterstoftechnologie. Belangrijke vervolgstappen zijn testen op lange termijn in echte celomstandigheden, schaalbare productiemethoden en zorgvuldige inrichting van grondstofketens om ecologische risico’s te beperken.