Magnesium-nanokristallen, ingegoten in perspex, zijn een interessant opslagmedium voor waterstof. De grondstoffen zijn goedkoop, er gaat relatief veel gas in en het is er ook weer tamelijk snel weer uit te krijgen, zo claimen onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory in Nature Materials.

Het idee is dat het magnesium met de geabsorbeerde waterstof reageert tot MgH2. Zo’n metaalhydride is thermodynamisch stabiel, en veel minder gevaarlijk dan pure waterstof in een gasfles.

Probleem was tot nu toe dat het hydride zelfs zò stabiel is dat je de waterstof er niet meer uit krijgt, tenzij je de temperatuur zo ver verhoogt dat er van je energetisch rendement niet veel meer overblijft. Maar recent onderzoek heeft uitgewezen dat het wèl lukt wanneer je met nanodeeltjes werkt. De grootste rem op de reactiekinetiek blijkt namelijk te worden gevormd door de diffusie van waterstof door het reeds gevormde hydride. En hoe kleiner de deeltjes, des te dunner is ook die hydridelaag.

De functie van het perspex (officieel: polymethylmethacrylaat, PMMA) is daarbij tweeledig. Het houdt de nanodeeltjes uit elkaar, maar belangrijker is dat het werkt als gasbarrière: waterstofmoleculen kunnen er gemakkelijk door, maar O2 en H2O niet. Zo wordt voorkomen dat het magnesium direct oxideert en daarmee onbruikbaar wordt.

De composiet wordt gemaakt via een eenpotsreactie tussen drie ingrediënten, opgelost in tetrahydrofuran: bis (cyclopentadienyl)-magnesium (dus met Mg2+), lithiumnaftalide (dat die Mg2+ reduceert tot Mg) en PMMA. Als het goed is, ontstaan dan Mg-kistalletjes met een diameter van ruwweg 5 nanometer.

Eerste proeven lieten zien dat deze composiet ongeveer 4 procent van zijn eigen gewicht aan waterstof kan opnemen. Dat is bijna 6 procent van het gewicht van het magnesium, en bijna 80 procent van het theoretische maximum. In absolute cijfers komt het neer op 55 gram waterstof per liter opslagvolume. Ter vergelijking: de beste gasflessen anno 2011, met een maximale druk van 700 bar (10.000 psi) komen niet verder dan 30 g/l.

Om de composiet zo ver te vullen, moet je hem gedurende 30 minuten blootstellen aan waterstof bij 200 graden Celsius en een druk van 35 bar. Voor een waterstoftechnoloog zijn dat zeer bescheiden waarden. Verlaag je de druk vervolgens tot bijna 0 bar, dan komt ongeveer 70 procent van de waterstof er binnen een paar uur weer uit.

(De rest blijft zo te zien eindeloos zitten, en om die waterstof wèl op te tellen bij de opslagcapaciteit is niet helemaal eerlijk van de auteurs!)

Onduidelijk is nog hoe lang het gaat kosten om het principe rijp te maken voor commerciële toepassing. Vooral het opschalen van de nanokristalproductie zou nog wel eens lastig kunnen zijn.

bron: Berkeley Lab

Onderwerpen