Doorbraak TNO: 200 keer minder iridium nodig voor elektrolysers die groene waterstof produceren

Iridium is een schaars materiaal dat op dit moment nog onmisbaar is in elektrolysers die werken met de veelgebruikte Proton Exchange Membrane (PEM)-technologie. De TNO-onderzoekers melden er als eerste in geslaagd te zijn een methode te ontwikkelen waarmee 200 keer minder iridium nodig is en waarbij een prestatie van 25 tot 46 procent van de huidige generatie elektrolysers behaald kan worden. Op dit procedé is patent aangevraagd.

Handjevol landen
‘De voorziene groei van groene waterstof van 300 megawatt in 2020 naar tientallen gigawatt in 2030, heeft een keerzijde: het betekent een evenredig groeiende behoefte aan het schaarse iridium voor de te bouwen elektrolysers’, duidt TNO-expert Lennart van der Burg. ‘Uit eerder onderzoek van TNO blijkt dat de opschaling van elektrolyse in gevaar komt vanwege de zeer beperkte beschikbaarheid van schaarse materialen, met name iridium en platinum. Over 10 jaar zou de vraag naar iridium de beschikbare hoeveelheid ver overtreffen. Bovendien zijn we voor de levering afhankelijk van slechts een handjevol landen, met alle risico’s van dien.’

Ultradunne laag
‘Het feit dat we het benodigde iridium met een factor 200 reduceren en daarbij nu al op gemiddeld een derde van de performance van de huidige electrolysers zitten, is een technologische doorbraak’, vervolgt Van der Burg.

Onderzoekers van TNO Faraday Lab in Petten, gespecialiseerd in elektrolyse, werkten samen met collega’s van TNO Holst Centre in Eindhoven. De kennisinstelling ontwikkelde hier eerder de technologie spatial Atomic Layer Deposition (sALD), een methode om extreem dunne lagen functionele materialen op grote oppervlakken aan te brengen. De afgelopen 2 jaar deed TNO experimenten met de sALD-technologie. In plaats van op een membraan zoals nu gebruikelijk is, brachten de onderzoekers een ultradunne laag iridium als katalysatormateriaal aan op een poreuze transportlaag van titanium. De werking en stabiliteit van het nieuwe procedé is inmiddels na talloze testen in het lab aangetoond. Er trad nauwelijks tot geen degradatie op. Bijkomend voordeel is dat de membraan in de elektrolyser gevrijwaard blijft van iridium en daardoor beter is te recyclen en hergebruiken.

Opschalen noodzakelijk
Binnen het samenwerkingsverband Voltachem werkt TNO met een groep toonaangevende industriële partners eraan om de technologie van het lab naar de praktijk te brengen. Daarvoor moet de methode eerst worden opgeschaald op pilotschaal om de werking in praktijkomstandigheden aan te tonen.

‘We zijn er dus nog niet’, waarschuwt Van der Burg. ‘In het lab aantonen dat de technologie werkt is mooi, maar doorontwikkeling is nodig om de levensduur en efficiency te verbeteren en het op schaal te kunnen produceren. Eerder riepen we samen met een aantal Europese onderzoeksinstellingen op om bij grote pilotprojecten ook eisen te stellen aan het gebruik van schaarse materialen. Dan zou in dat jaar, volgens de huidige doelstellingen,  een elektrolysecapaciteit van 40 gigawatt in Europa moeten staan, hopelijk dan met een veel lager beroep op schaarse materialen.'