Vraag 11Stroom uit hout

In brandstofcellen die glucose of zetmeel gebruiken als energiebron worden enzymen gebruikt. Zo kan amylose in zetmeel met behulp van enzymen door hydrolyse worden omgezet tot glucose. Andere enzymen zetten vervolgens de glucose om. Op de uitwerkbijlage is de onvolledige reactievergelijking weergegeven van de gedeeltelijke hydrolyse van amylose.

Wetenschappers hebben een brandstofcel voor biomassa ontwikkeld waarin geen enzymen worden gebruikt. Met deze brandstofcel kan energie worden opgewekt uit biomassa waarvoor geen geschikte enzymen bestaan. In het onderzoek naar een geschikte brandstofcel is gebruikgemaakt van ammonium-12-molybdofosfaat. De verhoudingsformule van deze stof is (NH ) PO (MoO ) . 4 3 4 3 12 Ammonium-12-molybdofosfaat wordt gemaakt door ammonium-orthomolybdaat ((NH ) MoO ) te verhitten in aanwezigheid van 4 2 4 fosforzuur en salpeterzuur. Als bijproducten ontstaan waterdamp en ammoniumnitraat.

In oplossingen van ammonium-12-molybdofosfaat komen ionen 3– 3– PO (MoO ) voor. Een ion PO (MoO ) wordt in de rest van deze 4 3 12 4 3 12 3– opgave voorgesteld als POM . 3– Het deeltje POM kan worden beschouwd als een fosfaat-ion dat wordt omringd door twaalf eenheden molybdeen(VI)oxide ( MoO ). Elke eenheid 3 MoO bestaat uit drie oxide-ionen en een Mo (VI)-ion. 3 3– Onder invloed van licht wordt een deeltje POM omgezet tot het zeer 3– reactieve deeltje rPOM , dat snel reageert met allerlei organische 3– 3– stoffen. De structuur van POM en rPOM is gelijk, de deeltjes verschillen alleen in de verdeling van de elektronen binnen het deeltje. 3– 3– Bij de omzetting van POM tot rPOM wordt binnen een eenheid MoO 3 één elektron van één oxide-ion overgedragen naar de N-schil van één Mo (VI)-ion.

In hout is onder andere het biopolymeer lignine aanwezig. Lignine is een netwerkpolymeer dat in brandstofcellen niet kan worden omgezet met enzymen. Met het gebruikte ammonium-12-molybdofosfaat kan lignine wel worden omgezet, zodat zelfs houtafval kan worden gebruikt in een brandstofcel. Op de uitwerkbijlage is een van de optredende omzettingen weergegeven. In stap 1 treedt oxidatie van lignine op. In stap 2 wordt het + omcirkelde H atoom als een H ion afgesplitst. Tevens wordt dan een + + C–C binding verbroken en een H ion opgenomen. Dit H ion is weergegeven in het kader.

In onderstaande figuur is de gebruikte opstelling schematisch weergegeven. In een lichtdoorlatende reactor heeft men biomassa gemengd met ammonium-12-molybdofosfaat. De reactor is vervolgens in 3– zonlicht geplaatst, zodat POM onder invloed van licht wordt omgezet 3– 3– tot rPOM . Het rPOM reageert met de biomassa, waarbij onder 3– andere H POM en CO worden gevormd. 3 2 figuur reactor zonlicht brandstofcel _ _ POM 3 rPOM 3 3 _ POM H 2 O _ biomassa rPOM 3 _ H POM 3 O 3 2 _ CO 2 H 3 POM 3 H + Na verloop van tijd wordt het mengsel door de brandstofcel gepompt. 3– Het in de reactor ontstane H POM wordt in de brandstofcel weer 3 3– omgezet tot POM .

Geef de vergelijkingen van de halfreacties die verlopen in de brandstofcel en geef de totaalvergelijking.