Vraag 7Waterstofauto’s die methaanzuur tanken

Omdat de opslag van waterstof een probleem is, wordt onderzoek gedaan naar manieren om waterstof om te zetten tot stoffen met een hogere dichtheid. Een voorbeeld van zo’n stof is methaanzuur ( HCOOH) . Methaanzuur wordt momenteel industrieel bereid in drie stappen: 1 Waterstof reageert met koolstofdioxide tot methanol en water. 2 Methanol reageert met koolstofmono-oxide tot methylmethanoaat. 3 Methylmethanoaat reageert met water tot methaanzuur en methanol.

In totaal komt het proces neer op de omzetting van waterstof met CO en 2 CO tot methaanzuur en methanol. Methaanzuur en methanol ontstaan hierbij in de molverhouding 1 : 1.

Als het technisch mogelijk is om methaanzuur in een auto om te zetten tot waterstof en koolstofdioxide , kan de auto de vrijgekomen waterstof gebruiken als brandstof. De omzetting van methaanzuur tot waterstof in een auto is hieronder weergegeven. HCOOH → H + CO 2 2 Een Hyundai-waterstofauto kan 594 km rijden op 5,64 kg waterstof. De dichtheid van methaanzuur is 1,22 kg L –1 .

Twee onderzoeksgroepen hebben een katalysator ontwikkeld die de directe omzetting van H en CO tot methaanzuur katalyseert. 2 2 Omdat deze omzetting in basisch milieu optreedt, wordt er geen methaanzuur gevormd, maar onder andere het zuurrest-ion van methaanzuur.

Afhankelijk van de pH komen in oplossingen van de gebruikte katalysator voornamelijk deeltjes [H kat] 4+ of deeltjes [kat] 0 voor. 4 In de figuur is het evenwicht tussen deze deeltjes weergegeven met structuurformules. figuur In elk katalysatordeeltje zijn twee iridium-ionen door elektrostatische interacties gebonden aan enkele omringende deeltjes. Deze interacties zijn in de figuur weergegeven met stippellijnen. In de figuur zijn alle formele ladingen aangegeven, behalve de lading van de iridium-ionen. Alle iridium-ionen in de figuur hebben dezelfde lading.

Op de uitwerkbijlage is een Lewisstructuur van het deeltje X – weergegeven. Een andere grensstructuur is onvolledig weergegeven.

De gebruikte katalysator is ook werkzaam bij de omzetting van methaanzuur tot H en CO in een auto. Deze omzetting treedt alleen op 2 2 bij lage pH.

Leg uit welk van beide katalysatordeeltjes uit de figuur overwegend aanwezig is bij lage pH.