Vraag 22Solar fuels

Wetenschappers onderzoeken manieren om zonne-energie op te slaan in de vorm van brandstoffen, zogenoemde ‘solar fuels’. De eerste stap daartoe is zonne-energie gebruiken om water om te zetten tot waterstof en zuurstof. In de volgende stap moet men de gewonnen waterstof laten reageren met koolstofdioxide tot een koolstofhoudende brandstof. Dit proces komt in feite neer op het nabootsen van de natuurlijke fotosynthese die plaatsvindt in planten.

Veel onderzoek richt zich op het vinden van goede en goedkope katalysatoren om water te ontleden tot waterstof en zuurstof. Op de uitwerkbijlage is in diagram 1 het energiediagram van de ontleding van water met katalysator onvolledig weergegeven. Het energieniveau van de reactieproducten ontbreekt. Daarnaast is in diagram 2 het energiediagram van de ontleding van water zonder katalysator onvolledig weergegeven. In diagram 2 ontbreken het energieniveau van de geactiveerde toestand en het energieniveau van de reactieproducten. Beide diagrammen zijn op dezelfde schaal weergegeven.

In onderstaand tekstfragment is een beschrijving gegeven van een onderzoek naar een geschikte katalysator. Dit onderzoek richt zich op een zogenoemd ‘kunstmatig plantenblad’. tekstfragment Het kunstmatige plantenblad (zie figuur 1 en 2) bestaat uit silicium met aan de zonkant een kobaltkatalysator die is bevestigd op een laagje ITO (een legering van onder andere indium en tin). Hier wordt H O omgezet 2 tot O , H + en elektronen. De elektronen verplaatsen zich door het silicium. 2 Aan de andere kant zit een NiMoZn - katalysator, bevestigd aan een laagje RVS (roestvast staal). Daar wordt H + omgezet tot H . 2 figuur 1 ITO RVS kobaltkatalysator silicium NiMoZn-katalysator zonlicht elektronen 2 H 2 O O 2 + 4 H + + 4 e – 2 H + + 2 e – H 2 Als het kunstmatige plantenblad in een bak water wordt gezet en zonlicht op het blad valt, borrelen aan de zonkant zuurstofbelletjes en aan de andere kant waterstofbelletjes omhoog. Dit is weergegeven in figuur 2. figuur 2 H 2 O O 2 zonlicht H 2 silicium bedekt met katalysatoren naar: Chemische feitelijkheden De vaste stof ITO is een geleider en kan bijvoorbeeld worden gemaakt door 90 gram In O met 10 gram SnO te laten reageren. De stof ITO die 2 3 2 daarbij ontstaat, is op te vatten als een legering van indium en tin waarbij in het rooster zuurstofmoleculen zijn ingebouwd.

Geef met behulp van de vergelijkingen van de halfreacties in figuur 1 de vergelijking van de totale reactie die plaatsvindt in het kunstmatige plantenblad.