Kopercomplex kan productie waterstofperoxide verduurzamen

Per toeval hebben Leidse onderzoekers een uitstekende katalysator ontdekt die de productie van waterstofperoxide kan verduurzamen. ‘Waterstofperoxide wordt momenteel niet op een duurzame manier gemaakt. De methode is omslachtig, vervuilend en relatief duur’, stelt promovendus Michiel Langerman. Vervolgonderzoek moet uitwijzen of de nieuwe katalysator op grotere schaal inzetbaar is.

Langerman en professor Dennis Hetterscheid doen eigenlijk onderzoek naar manieren om zuurstof elektrochemisch te reduceren tot water. Deze reactie is essentieel in een brandstofcel die zonlicht omzet in waterstof.

Er zijn al wel katalysatoren die zuurstof tot water kunnen reduceren. Deze zijn echter niet efficiënt genoeg of gemaakt van zeldzame, dure metalen. Hetterscheid probeert in zijn lab betere katalysatoren te ontwikkelen, om zo water en zonlicht op grote schaal om te kunnen zetten in waterstof.

Inspiratiebron

Hij gebruikt daarbij de natuur als inspiratiebron. Zo kijkt hij naar het enzym laccase, dat in veel planten, schimmels en micro-organismen voorkomt. Dit enzym kan zeer efficiënt zuurstof in water omzetten, zonder daarbij waterstofperoxide te vormen want dat zou namelijk fataal zijn voor een brandstofcel.

De kern van laccase bevat vier koper-ionen die met elkaar samenwerken. Hetterscheid en zijn groep maken soortgelijke kopercomplexen, maar variëren het aantal koper-ionen en de moleculen daaromheen. Een van die complexen heeft een kern met één koper-ion. Bij een controle-experiment ontdekten de twee onderzoekers dat dit complex bij bepaalde stroomspanningen geen water, maar waterstofperoxide maakt. En dan ook nog eens bijzonder efficiënt.

Productie op kleine schaal

‘Deze katalysator heeft een zogeheten turnover frequency van 1,8 miljoen,’ zegt Hetterscheid. ‘Dat betekent dat een molecuul van de katalysator 1,8 miljoen waterstofperoxide-moleculen per seconde kan vormen.’ Bovendien is de katalysator erg praktisch, stelt Langerman. ‘In plaats van dat waterstofperoxide op grote schaal wordt geproduceerd, geconcentreerd, verscheept, en vervolgens weer verdund, zou je het nu lokaal op kleine schaal kunnen produceren.’