Mieren, wespen, bijen en brandnetels gebruiken het als biologisch wapen, maar studenten van de TU Eindhoven willen dit jaar een bus laten rijden op mierenzuur, als veilig alternatief voor waterstofgas.
Het heeft even geduurd maar inmiddels zijn de eerste auto’s op waterstofgas te koop. Verspreid over het land zijn er ook al een paar tankstations waar je je duurzame bolide vol kunt laten gooien met – omgerekend – vijf kilo waterstof, voldoende voor ongeveer 5 a 600 kilometer. Met zuurstof uit de buitenlucht wordt de getankte waterstof in een brandstofcel omgezet in elektriciteit, waarmee de elektromotor van de auto aangedreven.
Volgens de studenten van het Team FAST uit Eindhoven heeft het rechtstreeks gebruik van waterstofgas als brandstof als nadeel dat het onder hoge druk (350 dan wel 700 bar) opgeslagen en vervoerd moet worden. Bovendien is het brandbaar, maar dat heeft het gemeen met andere brandstoffen zoals benzine, diesel en LPG. Een beter alternatief is volgens hen het ‘chemisch’ opslaan van waterstof in mierenzuur. Als vloeistof is dat een stuk makkelijker te transporteren en op te slaan. Bovendien is het niet brandbaar, noch erg giftig.
Een nadeel van mierenzuur is wel de relatief lage energiedichtheid. Volgens Pieter Ottink van het studententeam, kun je ongeveer 500 kilometer rijden met 100 liter mierenzuur. Een even grote hoeveelheid diesel brengt je bijna viermaal zo ver, zij het onder het uitstoten van roet en andere schadelijke bestanddelen. Een alternatief voor het chemisch opslaan van waterstof zou methanol kunnen zijn, dat een twee keer zo hoge energiedichtheid heeft als mierenzuur. Het wordt nu al vaak gebruikt als brandstof en als ‘drager’ van waterstof. ‘We kijken zeker ook naar methanol’, zegt Ottink, ‘maar er zijn nog maar weinig katalysatoren die geschikt zijn om waterstof af te splitsen. Bovendien is methanol brandbaar en giftig.’
Mierenzuur dus. Half januari presenteerden de studenten een schaalmodel van hun auto op mierenzuur met een vermogen van 30 watt. Komend jaar wordt een bus van bussenbouwer VDL voorzien van een aandrijfsysteem gebaseerd op mierenzuur. De studenten willen daarmee een continu vermogen van 30 kilowatt (1000 keer zoveel) leveren. Aan de ene kant is dat ambitieus. Het Amerikaanse bedrijf Neah Power bijvoorbeeld biedt demonstratiemodellen aan met een maximaal vermogen van 100 watt. Aan de andere kant hebben de personenauto’s op waterstof die nu op de markt een motorvermogen dat ruim twee keer zo hoog ligt (75 kilowatt).
Petra de Jongh, hoogleraar Anorganische nanomaterialen in Utrecht vindt het een ‘heel leuk idee’ van de Eindhovense studenten, maar ziet nog wel een paar forse problemen. Om te beginnen is het volgens haar op dit moment nog niet haalbaar om mierenzuur op grote schaal efficiënt en duurzaam te produceren. Voor de proeven wordt dan ook gebruik gemaakt van commercieel verkrijgbaar mierenzuur, gemaakt van fossiele grondstoffen. Een ander technisch probleem is de levensduur van de katalysator, de stof die nodig is om mierenzuur weer te splitsen in waterstof en kooldioxide. ‘Die wordt eerder in uren dan in dagen gemeten’, zegt ze. ‘Dit type katalysator – een ruthenium of ijzer-complex – is gevoelig voor oxidatie.’
Pieter Ottink erkent dat de katalysator in het schaalmodel nog geen volle dag mee gaat. Voor het experiment met de bus willen de studenten daarom gebruik maken van een andere katalysator, eveneens een rutheniumcomplex, die is gemaakt door de groep van Gabor Laurenczy van de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne. Desgevraagd bevestigt Laurenczy per mail dat deze katalysator na meer dan een jaar nog actief is. Emiel Hensen, hoogleraar Anorganische Chemie aan de TU Eindhoven en mede-inspirator van het studentenproject noemt het een kip-ei probleem. ‘Een katalysator kan op de tijdschaal van laboratoriumonderzoek heel stabiel zijn, maar alleen door het uit te proberen in de praktijk kom je er achter of die het ook 10.000 uur volhoudt. Daarom is zo’n praktijkproef met de experimentele stadsbus van VDL zo belangrijk.’
Los van de levensduur van de katalysator is een belangrijke vraag wat het energetisch rendement is van de keten van omzettingen: van elektriciteit naar waterstof naar mierenzuur en weer terug. Het lijkt een behoorlijke omweg als je waterstof ook rechtstreeks kunt gebruiken of – nog minder stappen – de elektriciteit op kunt slaan in accu’s. Volgens Ottink blijkt uit voorlopige berekeningen dat het uiteindelijk rendement van mierenzuur vrijwel hetzelfde zal zijn als bij rechtstreeks rijden op waterstofgas, omdat er de nodige verliezen optreden bij het zuiveren, het op druk brengen en bij transport en opslag van waterstof. Petra de Jongh daarentegen weet het nog niet zo zeker. Ze zou graag een vergelijking zien, ook met een elektrische auto met accu’s of op waterstof of ethanol of methanol. Niet alleen voor het energetisch rendement, maar ook wat betreft de kosten. ‘Aan het eind van het liedje is dat toch een belangrijk criterium voor de automobilist.’
Kader/bijschrift
Windmolens en zonnepanelen produceren elektriciteit. Het onvermijdelijke overschot kan worden gebruikt om water om te zetten in waterstof en zuurstof. Waterstof wordt vervolgens samen met kooldioxide omgezet in vloeibaar mierenzuur, dat per reguliere pijpleiding of tankauto naar het tankstation wordt vervoerd. Eenmaal getankt wordt het mierenzuur in een aparte reactor in de auto weer omgezet in waterstof en kooldioxide. Waterstof stroomt de brandstofcel in en kooldioxide gaat via de uitlaat de buitenlucht in. De hele keten is dus CO2-neutraal.
Gepubliceerd in NRC Handelsblad 23 januari 2016
