Onder stroom wordt alles waterstof

Microbiële brandsofcellen kunnen organisch materiaal vrijwel geheel omzetten in water, koolstofdioxide en waterstof wanneer je de geproduceerde elektriciteit niet aftapt, maar er juist een halve volt extra overheen zet met behulp van een externe spanningsbron. Als je vervolgens de geproduceerde waterstof verstookt in een ‘gewone’ brandstofcel, krijg je veel meer elektrische energie terug dan je erin hebt gestopt. Dat hebben de Wageningse promovendus René Rozendal en de Amerikaan Bruce Logan (Penn State University) onafhankelijk van elkaar ontdekt.

“Logan heeft er in 2005 als eerste over gepubliceerd maar wij waren hem een paar weken voor met het aanvragen van een octrooi “, vertelt Rozendal.

Rozendal, die zijn onderzoek deed bij het instituut Wetsus in Leeuwarden, promoveerde op 24 oktober op zijn onderzoek. Logan trad op als een van de opponenten. Op zijn beurt heeft de Amerikaan deze week een publicatie over het onderwerp op de website van PNAS.

Logan claimt dat hij op deze manier azijnzuur in elektriciteit kan omzetten met een rendement van 80 procent. Hij denkt dat je ook ‘moeilijkere’ verbindingen op deze manier veel efficiënter kunt benutten dan wanneer je er ethanol van probeert te maken. Zo zou met ruwe cellulose altijd nog een rendement van 63 procent zijn te halen.

Rozendal bevestigt dat je met suikers uiteindelijk wel tot 90 procent rendement moet kunnen komen, wanneer je het proces op een intelligente manier opschaalt.

Vakgenoten reageren verrast en bevestigen dat dit verreweg de hoogste rendementen zijn, die ooit voor waterstofproductie zijn geclaimd. Zelfs met de rechtstreekse elektrolytische splitsing van water kom je niet verder dan 50 tot 70 procent rendement.

Het oorspronkelijke idee van microbiële brandstofcellen is dat je de elektronenstroom aftapt uit de reacties, die verlopen wanneer micro-organismen koolwaterstoffen afbreken. Er zijn al heel wat veelbelovende proeven in die richting gedaan. Nadeel is echter dat het metabolisme van die bacteriën geen volledige afbraak toelaat: ze houden uiteindelijk azijnzuur over en daar kunnen ze niets meer mee.

Logan en Rozendal hebben nu ontdekt dat die ‘thermodynamisch onmogelijke’ vervolgreacties wél kunnen verlopen wanneer je de microbiële brandstofcel een beetje verbouwt. Zodra over de elektroden 0,2 V meer wordt gezet dan de 0,3 V die de micro-organismen zelf produceren, komt het waterstofgas uit het systeem borrelen. Volgens Logan bevat die waterstof 288 procent meer energie dan hij voor zijn externe stroombron nodig heeft. Hij spreekt van een ‘microbiële elektrolysecel’ (MEC), bij Wetsus houden ze het op ‘biogekatalyseerde elektrolyse’.

Voorlopig werkt het voor commerciële waterstofproductie nog veel te traag, maar daar wordt aan gewerkt.

bron: Penn State, NSF, newscientist.com