Element cerium is sleutel tot efficiënte waterstofproductie

Elektrolyse van water, waaruit waterstofgas en zuurstof uit watermoleculen ‘geoogst’ worden uit watermoleculen – die uit elkaar worden getrokken door een elektrisch veld – is een zeer traag en inefficiënt proces. Beter is om water zeer sterk te verhitten, maar als je daarvoor fossiele brandstoffen gebruikt verdwijnt het propere effect van de uiteindelijke waterstofbrandstof – ze is dan niet meer CO₂-neutraal.

Een andere, ‘groene’ manier op waterstofgas te produceren is door water te verhitten tot 1.000 à 1.500 graden met zonlicht en er een katalysator aan toe te voegen die de elektronenoverdracht stimuleert. Zogenaamde rare earths – elementen zoals scandium, yttrium en de lanthanide-elementen in de tabel van Mendeljev – komen daarvoor in aanmerking, omdat ze gemakkelijk een elektron kunnen opnemen.

Het element cerium – in de vorm van ceriumoxide – blijkt een van de beste katalysatoren voor het opsplitsen van watermoleculen in deze ‘zonnewarmtesetting’. Amerikaanse chemici hebben nu ontdekt hoe dat komt: cerium blijkt van alle rare earths de hoogste entropie te bezitten – de hoogste graag van wanorde. Hierdoor kan het zeer gemakkelijk een elektron kan opnemen, zodat de splitsing van watermoleculen vlot kan gebeuren.

Cerium heeft, in tegenstelling tot andere elementen, plaats voor een extra elektron in verschillende energiebanen, zodat de energie van het overkomende elektron niet zo nauw steekt. Dat blijkt een bepalende eigenschap voor de efficiëntie van het splitsingsproces.