Het licht ontvlambare waterstofgas (H₂) geldt als de ultieme duurzame brandstof. In tegenstelling tot koolwaterstoffen komt bij verbranding enkel waterdamp vrij en geen CO₂. Natuurlijk is waterstof alleen duurzaam als het met hernieuwbare energiebronnen – bijvoorbeeld via elektrolyse uit stroomoverschotten van wind- en zonneparken – wordt opgewekt. Daarom wordt waterstof meestal geen energiebron genoemd, maar een energiedrager.
Vandaag wordt waterstofgas in bulk opgeslagen in gasvormige of in vloeibare vorm, in tanks die hiervoor speciaal zijn uitgerust. Bij gasvormige opslag is er immers een grote druk nodig om het gas in het beperkte volume te persen. Bij vloeibare (cryogene) opslag moet de temperatuur lager liggen dan 250 graden onder nul. Deze complexe en dus dure opslag legt serieuze beperkingen op aan het gebruik van waterstof als brandstof en energiedrager.
Waterstof kan echter ook in een vaste vorm worden opgeslagen. De waterstofmoleculen kunnen zich splitsen waarna de atomen (zuivere protonen dus) worden geabsorbeerd door een metaal. Van magnesiumpoeder is bekend dat het goed waterstof kan absorberen en vasthouden.
Nederlandse fysici¹ hebben de thermodynamica van die vaste opslag grondig in kaart gebracht, en wel op micro- en nanoschaal. Ze ontdekten dat magnesiumkristallen ingekapseld in een palladiumjasje (een ander metaal dus) ideale structuren zijn om zowel waterstofatomen op te nemen als weer af te geven. Uit hun onderzoek blijkt dat het vooral de atomaire defecten (dislocaties van individuele atomen) zijn die de microscopische ‘waterstofsponzen’ instabiel maken – en er dus voor zorgen dat de magnesiumkristallen de waterstofatomen gemakkelijk loslaten.
De opslag van waterstof in magnesium biedt uitzicht op een breed scala van toepassingen, zoals opslag in (niet ontvlambaar) magnesiumpoeder voor auto’s, waterstofbatterijen voor zware apparatuur en lokale, tijdelijke opslagfaciliteiten bij wind- en zonneparken.
Noten
Andrea Baldi, Differ, Eindhoven
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.