Basisontwerp van de reactor. Het zonlicht wordt van boven naar het ceriumoxide (geel) geleid.

Ceriumoxide is een geschikt medium om zonne-energie te prepareren voor het splitsen van water of koolstofdioxide. Het idee zou moeten werken op industriële schaal, claimen onderzoekers van Caltech (VS) en de ETH Zürich in Science.

Sossina Haile, Aldo Steinfeld en collega’s maken gebruik van het feit dat ceriumionen zeer gemakkelijk switchen van Ce3+ naar Ce4+ en omgekeerd. Het gevolg is dat vast ceriumoxide een deel van zijn zuurstof kwijtraakt wanneer je het heet stookt. Koel je het daarna weer af, dan onttrekt het zuurstof uit zijn omgeving om het kristalrooster weer compleet te krijgen.

Bijvoorbeeld uit water of koolstofdioxide, waarvan dan respectievelijk waterstof en koolstofmonoxide overblijft.

De onderzoekers hebben nu een reactor gebouwd met een thermisch goed geïsoleerde binnenmantel van poreus ceriumoxide, die via een kwartsvenster aan de bovenkant kan worden bestookt met een geconcentreerde bundel zonlicht. Via in- en uitlaatpoorten kunnen er verschillende gassen doorheen stromen.

Die reactor werkt cyclisch. Eerst laat je de zon het ceriumoxide verwarmen tot meer dan 1.640 graden Celsius terwijl je met een inert gas (argon) de vrijkomende zuurstof wegspoelt.

Wanneer de zuurstofproductie begint af te nemen, haal je je zonlichtbundel weg en wacht tot het ceriumoxide is afgekoeld tot zo’n 900 graden Celsius. Dan voer je water of koolstofdioxide toe zodat het ceriumoxide zijn zuurstofvoorraad kan aanvullen.

Zodra de productie van H2, respectievelijk CO weer ophoudt, begin je de volgende cyclus.

Voorlopig ligt het rendement van het proces nog niet hoger dan 0,8 procent, maar op basis van thermodynamische berekeningen stellen de onderzoekers dat 16 tot 19 procent theoretisch haalbaar is.

Voor de hand liggende twijfels over de beschikbaarheid van voldoende cerium doen ze af met de opmerking dat dit element het minst zeldzame van de zeldzame aarden is. Goed nieuws is ook dat de prototype-reactor het na 500 cycli nog prima deed.

bron: BBC News, Science

Onderwerpen