Met een combinatie van hydrolyse en thermolyse kun je ongekend veel waterstof vrijmaken uit ammoniumboraan, bij vrij lage temperatuur en zonder katalysator. Dat maakt ammoniumboraan als waterstof-opslagmedium in brandstofcel-auto’s ineens een stuk aantrekkelijker, denkt procestechnoloog Arvind Varma (Purdue University, VS).

Tijdens het International Symposium on Chemical Reaction Engineering in Philadelphia lichtte Varma deze week zijn ‘hydrothermolyse’-proces toe, dat hij eerder beschreef in het AIChE Journal. Purdue heeft er inmiddels octrooi op aangevraagd.

Ammoniumboraan (NH3BH3) geldt al langer als interessant waterstofopslagmedium. Bij kamertemperatuur is het een vaste stof, dus gemakkelijk transporteerbaar. En het bevat maar liefst 19,6 massaprocent waterstof, een pecentage dat nauwelijks valt te overtreffen.

Probleem is alleen dat je die waterstof er niet zo gemakkelijk uit krijgt.

De meest voor de hand liggende methode is thermolyse, waarbij je het materiaal zó ver verwarmt dat het ontleedt. Daarvoor moet je echter boven de 170 graden Celsius gaan zitten, wat leidt tot aanzienlijke warmteverliezen omdat de werktemperatuur van een typische PEM-brandstofcel met polymeermembraan rond de 85 graden ligt.

Het alternatief is hydrolyse waarbij je het boraan met water laat reageren. Dat kan bij lagere temperatuur, maar lukt alleen goed met een katalysator.

Bij het hydrothermolyseproces verlopen deze twee reacties tegelijk, en dat blijkt zonder katalysator én bij lagere temperatuur te kunnen.

Varma’s proefnemingen wijzen uit dat 77 procent NH3BH3 in water de ideale mengverhouding is. Bij 85 graden en een druk van 14 bar komt dan 14,3 procent van de totale massa vrij in de vorm van waterstof. Thermolyse is daarbij de overheersende reactie, zo valt af te leiden uit proefjes waarbij het water werd vervangen door deuteriumoxide.

Die 14 bar is op zich een beetje vervelend maar nog altijd een heel stuk lager dan de drukken waarmee je moet werken als je je waterstof in een gasfles wil meenemen.

Volgens Varma is die 14,3 procent waarschijnlijk voldoende om het streefgetal te halen van het Amerikaanse ministerie van Energie. Daar wil men in het jaar 2015 een waterstofopslagsysteem voor auto’s hebben waarbij 5,5 procent van het totale gewicht bestaat uit waterstof. Bij dat totale gewicht worden dus ook de reactor, het leidingwerk, de kleppen en de rest meegeteld.

De volgende opgave is om een écht goede methode te bedenken om het verbruikte ammoniumboraan weer te regenereren. Want dat is nog een beetje tobben.

bron: Purdue

Onderwerpen