Soms kunnen oplossingen voor moeilijke problemen vrij basisch blijken te zijn. Dat geldt met name voor een team van onderzoekers van het Brookhaven National Laboratory, waar de oplossing voor een moeilijk probleem niet alleen vrij basaal, maar ook een beetje zuur bleek te zijn.

Het moeilijke probleem waaraan zij werkten, was de opslag van waterstofbrandstof. Waterstofgas (H2) is een schone en krachtige brandstof, maar het is ook extreem licht, waardoor het moeilijk en kostbaar op te slaan is. Het wordt meestal bewaard in hogedruktanks, hoewel onderzoekers in een ander lab onlangs een mogelijke manier vonden om het in natuurlijk gevormde bevroren kooien te bewaren.

In een paper dat op 18 maart in Nature Chemistry werd gepubliceerd, kondigden Brookhaven-onderzoekers onder leiding van scheikundige Etsuko Fujita aan dat ze een veilige en omkeerbare manier hadden gevonden om waterstof onder milde (en daarom hopelijk veel zuiniger) omstandigheden op te slaan, met behulp van een nieuw ontwikkelde katalysator.

Hun werk begon door zuren en basen op een onconventionele manier te zien — als potentiële dragers van waterstofbrandstof. Studenten leren vaak over zuren en basen als onderdeel van hun wetenschapsbeurs projecten. De ‘vulkanische’ reactie van azijn (een mild zuur) en zuiveringszout (een milde base) heeft veel studenten een vroege interesse in de wetenschappen gegeven. Dat gold ook voor Jonathan Hull, een hoofdonderzoeker van het artikel, die geïntrigeerd was door het zien van een soortgelijke reactie waarbij de kurken van wijnflessen werden geblazen.

Maar veel zuren en basen zijn eigenlijk waterige oplossingen gevuld met waterstof. In een zure oplossing, zwerven de waterstofatomen vrij rond. Ze missen meestal ook hun elektron, waardoor ze een positieve lading hebben (atomen en moleculen met ofwel een positieve of een negatieve lading worden ionen genoemd). In een basische oplossing zijn de waterstofatomen meestal verbonden met iets anders, een of ander negatief ion. En ja, wanneer een zuur en een base met elkaar reageren, creëren ze meestal iets neutraals, zoals water.

De katalysator gemaakt door onderzoekers van Brookhaven Lab verbindt waterstofgas en kooldioxide, “opslaan” de waterstof gekoppeld aan (adducted aan) kooldioxide in een mild basische oplossing. De reactie kan worden omgekeerd — en de waterstofbrandstof vrijgegeven — door een beetje zuur toe te voegen. Het gehele proces kan worden uitgevoerd, en gemakkelijk worden omgekeerd, in een waterige oplossing onder milde temperaturen en druk zonder giftige bijprodukten, en in een sneller tempo dan enige vorige katalysator.

Als gevolg hiervan zou de nieuwe katalysator van Brookhaven Lab kunnen worden gebruikt in toekomstige waterstof-brandstofvoertuigen, hoewel aanvullende tests nodig zullen zijn om te zien of het economisch kan worden opgeschaald naar industriële productie. De nieuwe katalysator toont het beste van de Nationale Labs aan het werk: onderzoekers die echt uitdagende problemen aanpakken, en basale (en soms licht zure) oplossingen vinden.