Met een beetje koper in je platinakatalysator gaat elektrolytische waterstofproductie ineens tweemaal zo hard. Mits dat koper precies op de goede plek zit, suggereert een publicatie in Nature Communications.

Je hebt het dan over waterstofproductie op industriële schaal met een protonen doorlatend membraan (PEM). In feite een PEM-brandstofcel die in zijn achteruit is gezet, en waterstof ‘maakt’ uit (liefst schone) elektrische energie in plaats van omgekeerd. Op papier is dit een ‘schoon’ alternatief voor chemische waterstofproductieprocessen die grote hoeveelheden CO₂ opleveren als bijproduct. Maar tot nu toe is het net niet efficiënt genoeg om op grote schaal te worden toegepast. Naar schatting komt momenteel slechts 4% van alle geproduceerde waterstof uit elektrolyse.

Dat gebrek aan efficiëntie lijkt te schuilen in de elektrodes. En volgens de Münchense hoogleraar Aliaksandr Bandarenka en collega’s van de Ruhr-Universität Bochum zit het probleem vooral in de binding van waterstof aan het platina. Als die te zwak is werkt de katalyse niet, maar in de praktijk is hij net iets sterker dan nodig. Hierdoor raak je een deel van de toegevoerde elektrische energie als het ware kwijt aan het loswrikken van die waterstof.

In Bochum hebben ze nu bedacht dat je de platina-elektrode kunt bedekken met een laagje koper van één atoom dik. Dáár overheen komt weer een laagje platina, ook van één atoom dik.

Theoretische berekeningen, uitgevoerd door de Leidse postdoc Federico Calle-Vallejo, geven aan dat de binding van waterstofkernen hierdoor net voldoende wordt verzwakt om uit te komen op de optimale waarde. En experimenten bevestigen dat een gegeven PEM-cel bij gelijk blijvend potentiaalverschil tweemaal zo veel waterstof gaat produceren als je alleen maar de platina-elektrode vervangt door eentje met een laagje koper.

Op de voor de hand liggende vraag of het überhaupt wel verantwoord is om met dat dure platina te blijven werken, antwoorden de auteurs met een simpel rekensommetje. Er zit in zo’n PEM-elektrolysecel maar zó weinig platina dat de kosten in het niet vallen bij die van de elektriciteit die je door zo’n cel jaagt. Kun je de werkpotentiaal, die nu rond de 2 V ligt, met slechts 20 mV verlagen, dan bespaar je per jaar evenveel op je stroomkosten als dat platina je heeft gekost.

Waarmee ze kennelijk willen zeggen dat verlaging van het platinagebruik een loffelijk streven is, maar niet zo heel veel haast heeft.

bron: Ruhr-Universität Bochum