Brazilië is 's werelds grootste producent van niobium en bezit ongeveer 98 procent van de actieve reserves op aarde. Dit chemische element wordt gebruikt in metaallegeringen, vooral hoogwaardig staal, en in een vrijwel onbeperkte reeks hightechtoepassingen, van mobiele telefoons tot vliegtuigmotoren. Brazilië exporteert het grootste deel van het niobium dat het produceert in de vorm van grondstoffen zoals ferroniobium.

Een andere stof die Brazilië ook in grote hoeveelheden heeft, maar onderbenut wordt, is glycerol, een bijproduct van de verzeping van olie en vet in de zeep- en wasmiddelenindustrie, en van omesteringsreacties in de biodieselindustrie. In dit geval is de situatie nog erger omdat glycerol vaak als afval wordt weggegooid en de juiste verwijdering van grote volumes complex is.

Een onderzoek uitgevoerd aan de Federale Universiteit van ABC (UFABC) in de staat São Paulo, Brazilië, combineerde niobium en glycerol in een veelbelovende technologische oplossing voor de productie van brandstofcellen. Een artikel dat de studie beschrijft, getiteld “Niobium verbetert de elektrokatalytische Pd-activiteit in alkalische directe glycerolbrandstofcellen”, is gepubliceerd in ChemElectroChem en staat op de omslag van het tijdschrift.

“In principe zal de cel werken als een op glycerol gebaseerde batterij om kleine elektronische apparaten, zoals mobiele telefoons of laptops, op te laden. Het kan worden gebruikt in gebieden die niet onder het elektriciteitsnet vallen. Later kan de technologie worden aangepast om elektrische voertuigen te laten rijden en zelfs om huizen van stroom te voorzien. Er zijn op de lange termijn onbeperkte potentiële toepassingen”, vertelt chemicus Felipe de Moura Souza, eerste auteur van het artikel. Souza heeft een directe doctoraatsbeurs van de São Paulo Research Foundation – FAPESP.

In de cel wordt de chemische energie van de glyceroloxidatiereactie in de anode en de luchtzuurstofreductie in de kathode omgezet in elektriciteit, waardoor alleen koolstofgas en water als residu achterblijven. De volledige reactie is C3H8O3 (vloeibare glycerol) + 7/2 O2 (zuurstofgas) → 3 CO2 (koolstofgas) + 4 H2O (vloeibaar water). Hieronder ziet u een schematische weergave van het proces.

“Niobium [Nb] neemt als co-katalysator deel aan het proces en ondersteunt de werking van het palladium [Pd] dat als brandstofcelanode wordt gebruikt. Door de toevoeging van niobium kan de hoeveelheid palladium worden gehalveerd, waardoor de kosten van de cel worden verlaagd. Tegelijkertijd verhoogt het de kracht van de cel aanzienlijk. Maar de belangrijkste bijdrage ervan is een vermindering van de elektrolytische vergiftiging van palladium die het gevolg is van de oxidatie van tussenproducten die sterk worden geadsorbeerd tijdens de langdurige werking van de cel, zoals koolmonoxide”, zegt Mauro Coelho dos Santos, professor aan de UFABC. , scriptieadviseur voor Souza's directe doctoraat, en hoofdonderzoeker voor het onderzoek.

Vanuit milieuoogpunt, dat meer dan ooit een doorslaggevend criterium zou moeten zijn voor technologische keuzes, wordt de glycerolbrandstofcel als een deugdzame oplossing beschouwd omdat hij verbrandingsmotoren op fossiele brandstoffen kan vervangen.