Bronnenboek. Energie om mee te nemen

module 02 leerlingentekst energie om mee te nemen

001

k e o b n e n n Bro 1 Inleiding

Er komen steeds meer apparaten op de markt, die elektrische energie gebruiken, zonder dat ze een verbinding hebben met een stopcontact. Dat betekent dat deze apparaten hun eigen elektrische energie mee moeten nemen. Sommige apparaten hebben hun systeem verborgen in het apparaat. Zoals de I-pod en de mobile telefoon. Bij andere kun je batterijen kopen, die je regelmatig moet vervangen of opladen.

Batterijen heb je in allerlei soorten en maten. Van een accu in een auto, met een gewicht van tegen de 50 kg, tot een knoopje voor een gehoorapparaat van 500 mg. In deze module gaan we kijken naar de chemie die een rol speelt bij batterijen. In de batterij vindt een chemische reactie plaats, waarbij de chemische energie wordt omgezet in elektrische energie. Voor batterijen is de verhouding tussen de massa van die batterij en de energie die ze kunnen leveren een belangrijke factor. Het is nog steeds zeer actueel batterijen ‘uit te vinden’ met een kleine massa en een groot vermogen.

n e m e n e t gie om mee

Ener

Tot een jaar of 10 geleden bestonden er alleen batterijen waarbij de grondstoffen in de batterij zelf zaten. Een jaar of 10 geleden ontstonden vooral door invloed vanuit de ruimtevaart zogenaamde brandstofcellen. De stoffen die met elkaar reageren, bijv. waterstof en zuurstof, zaten buiten de batterij. Hierdoor kan de batterij altijd elektrische energie leveren, zolang je maar brandstof toevoert. (Zie bron 1). 1 a Neem bron 1 globaal door. Zoek op internet of er een nieuwe publicatie van Toshiba is waaruit blijkt dat de brandstofcel inderdaad wordt gebruikt. b Geef de vergelijking van de twee (half)reacties waarop de brandstofcel van Toshiba nu is gebaseerd. ‘Normale’ batterijen daarentegen raken op een gegeven moment op. Dat wil zeggen dat (één van) de chemische stoffen, die in de batterij zitten, omgezet zijn. Op dat moment levert de batterij geen stroom meer. Sommige batterijen zijn oplaadbaar. Het oudste voorbeeld daarvan is de loodaccu, die bij auto’s en motoren wordt gebruikt. Ook zijn de meeste energiedragers in mobiele apparaten ondertussen oplaadbaar. (Zie bron 2). De methanol waarvan sprake is in bron 1, pagina 3 wordt gemaakt uit aardgas (hoofdzakelijk methaan) en stoom. In eerste instantie ontstaat dan koolstofmono-oxide en waterstof. 2 Geef van de reactie van methaan en stoom de reactievergelijking. Vervolgens reageren de ontstane stoffen tot methanol. 3 Geef ook van deze reactie de reactievergelijking. 4 Bereken hoeveel kg methaan nodig is om 39,5 kg methanol (ongeveer een tank vol!) te maken. 5 Bereken met behulp van Binastabel 56 of er bij de productie van methanol vanuit methaan energie moet worden toegevoegd of dat er energie verloren gaat.

2 Elektrische energie

In dit deel gaan we ons bezig houden met de manier waarop we elektrische energie verkrijgen uit chemische energie. Je bent beslist al tegengekomen dat je de ene vorm van energie kunt om-

advertentie

C[[hZWd(*/h[Z[d[d ec[[dWXedd[c[djj[d[c[d

9^[c_iY^[<[_j[b_à^[Z[d_i[[dWYjk[[bdWibW]m[hael[hY^[c_[[dWWdl[hmWdj[lWa][X_[Z[d$ ?d_[Z[h[[Z_j_[X[^WdZ[bjZ[h[ZWYj_[Z[d_[kmij[_dp_Y^j[del[h[[dWYjk[[bj^[cWhedZ ceb[Ykb[d"c[di[d"cWj[h_Wb[d[dc_b_[k$;baj^[cWmehZjef)d_l[Wkik_j][b_Y^j0Z[Yedj[nj" Z[XWi_i[dZ[Z_[fj[$:WjcWWaj9^[c_iY^[<[_j[b_à^[Z[dje[]Wda[b_àleeh_[Z[h[[d[d_Z[WWbleeh ][Xhk_aefiYêb[d"X_Xb_ej^[a[d[d_dij[bb_d][d$

H;:;D(**j%c(+* .JHSBJOF1MBUJOB 7FJMJHWPFETFM ,VOTUNFTU#PUPY #JPNBTTB

>[jWXedd[c[djef9^[c_iY^[<[_j[b_à^[Z[d][[\jl_WZ[m[Xi_j[je[]Wd]jej'&d_[km[[Z_j_[if[h `WWh[d^[jjejWb[edb_d[WhY^_[\$:WWhdWWijedjlWd][dWXedd[[i_dZh_[p[dZ_d][df[h`WWhZ[beiXbWZ_][ [Z_j_[i"[d[[dl[hpWc[bcWf$Pe_i^[jdWibW]m[haWbj_`Z[del[hWbj[hWWZfb[][d$ 4UVVSEFBOUXPPSECPOJOFOWFSLSJKH[P[FMGUPFHBOHUPUEnDIFNJFFODZDMPQFEJF NFUNFFSEBOUIFNB±T&FSTUWSJKCMJKWFOEFFOSFEFOPOUWBOHFOPNVUFPWFSUVJHFO 7SBBHEBOFFOQSPFGFYFNQMBBSBBOWJB ` QFSNJO

EDC?I877HD7IB7=M;HA [ba`WWh'&d_[km[edZ[hm[hf[d )a[dd_id_l[Wki1Zkileeh_[Z[h[[dje[]Wda[b_à edb_d[je[]Wd]jej[[hZ[h[[Z_j_[i h_à][bbkijh[[hZ c[jlhW][d[dWdjmeehZ[d _Z[WWbleehiYêb[d"X_Xb_ej^[a[d[d_dij[bb_d][d ]hWj_i^WdZ_][efX[h]cWf ,JKLWPPSNFFSJOGPSNBUJFPQXXXDIFNJTDIFGFJUFMJKLIFEFOOM

#JPMPHJTDIFLMPL 4DIPPOXBUFS ,BBT.FNCSBOFO 'PSFOTJTDIFDIFNJF

+B _ad[[c[[dWXedd[c[djef9^[c_iY^[<[_j[b_à^[Z[d$?aedjlWd]'&d_[km[j^[cW¼if[h`WWh"Z_[_aedb_d[[dWbifWf_[h[d[Z_j_[aWd][Xhk_a[d$ :WWhdWWij^[X_aje[]Wd]jej^[jZ_]_jWb[WhY^_[\dedjlWd]_a]hWj_iZ[^WdZ_][l[hpWc[bcWf$

QBSUJDVMJFSFO¬TUBOEBBSEBCPOOFNFOU` D8$B[Z[dlWdAD9L"AL9Le\DLEDedjlWd][d'&[kheaehj_d]$ CFESJKWFOFOJOTUFMMJOHFOHSPFQTBCPOOFNFOU` 7SJKTUFMMJOHUPFHBOHXFCTJUFPCW*1BESFT >_[hZeeh_i][[dmWY^jmeehZdeZ_][d^[XX[d][Xhk_a[hilh_`[dedX[f[hajje[]Wd]$KedjlWd]jZ[fWf_[h[d[Z_j_[i[dl[hpWc[bcWff[d_dZh_[lekZ$ Eh]Wd_iWj_[ 0 DWWc0 7Zh[i0 FbWWji0 J[b$dh$

7\Z[b_d]%\kdYj_[ 0 FeijYeZ[0 ;#cW_b0

?F#WZh[i 0 c%l BWdZ0

7:?&/&&'

*LCFOMJEWBOEF Wbb[[d_dlkbb[dX_èf]Wl[]he[fiWXedd[c[dj AD9LD[Z[hbWdZ AL9L8[b]_ DLED *LLJFTWPPSEFWPMHFOEFCFUBBMXJK[F 7kjecWj_iY^[_dYWiie"_acWY^j_]7Xedd[c[dj[dbWdZ%8jWFkXb_i^[hi^[jWXedd[c[dji][bZlWd^[jleb][dZ[]_he#e\XWdah[a[d_d]W\j[iY^h_`l[dWbb[[dDB$ =_he#e\XWdah[a[d_d]dkcc[h0 :Wjkc0 >WdZj[a[d_d]0 7YY[fj]_he`("-+WZc_d_ijhWj_[aeij[d 7Xedd[c[dj[dmehZ[dWkjecWj_iY^l[hb[d]Z$Efp[]][dce][b_àjej'cWWdZ lh^[jWÅef[dlWdZ[WXedd[c[djif[h_eZ[$Fh_ìm_`p_]_d][dleehX[êkZ[d$

$IFNJTDIF'FJUFMJKLIFEFO "OUXPPSEOVNNFS 7#6JUHFFTU

004


Bron 1 Brandstofcel

9^[c_iY^[ 'FJUFMJKLIFEFO

[ Z _j_[ + ) r dh () , r ` kd_ (& & -

:;9EDJ;NJ :[mWj[hije\[Yedec_[ :;87I?I ;d[h]_[k_jY^[c_[ :;:?;FJ; Fh[ijWj_[iefZ[fhe[\][ij[bZ 7KJ;KH087IJ?;DD;M;DJP;B

8H7D:IJE<9;B

"RUGTUSSENBRANDSTOFENELEKTRICITEIT

7

ERELDWIJDVERBRUIKENWEJAARLIJKSGROFWEG TRILJOEN*OULESAANENERGIEENVOLGENSSCHATTINGEN ZALDITINNOGEENSMETPROCENTZIJN TOEGENOMEN4OTNUTOEWORDTDEENERGIEMARKTVRIJWEL VOLLEDIGBEHEERSTDOORFOSSIELEBRANDSTOFFEN$ATLEVERT NIETALLEENMILIEUPROBLEMENOP MAARBOVENDIENRAAKT DEVOORRAADOP%NERGIE EXPERTSDENKENDATWATERSTOF HET KLEINSTEELEMENT KANBIJDRAGENAANDEOPLOSSINGVOORDEZE PROBLEMEN )NZO°NNIEUWEENERGIEHUISHOUDINGSPEELTDEBRANDSTOFCEL EENCRUCIALEROL(ETAPPARAATPRODUCEERTELEKTRICITEITUIT WATERSTOFENZUURSTOF METALSAFVALPRODUCTWATER%EN SCHONERPROCESLIJKTONDENKBAAR%RISWELEENPROBLEEM WAARHAALJEWATERSTOFVANDAAN/NZEPLANEETHEEFTMEER DANGENOEGOPVOORRAAD MAARNIETINVRIJEVORM(ET

MEESTEZITSAMENMETZUURSTOFOPGESLOTENINWATER 7EKUNNENWATERSTOFDUSNIETDELVEN MAARMOETENHET EERSTMAKEN)NCOMBINATIEMETDEBRANDSTOFCELBIEDT WATERSTOFVEELPERSPECTIEVEN$EBENODIGDETECHNOLOGIE ONTWIKKELTZICHINHOOGTEMPO MAARDECONCURRENTIESLAG METDEKLASSIEKEBRANDSTOFFENLIJKTNOGNIETGEWONNEN )NDEZE#HEMISCHE&EITELIJKHEID $E#ONTEXT7ATISEENWATERSTOFECONOMIE+ANHET MILIEUDAARINDERDAADMEEGEREDWORDEN $E"ASIS%ENBRANDSTOFCELZETWATERSTOFOMINELEKTRISCHE ENERGIE(OEWERKTZO°NAPPARAATPRECIES $E$IEPTE!UTO°SOPWATERSTOFRIJDENSCHOON STILEN ZUINIG4OCHVALTERNOGVEELAANTEVERBETEREN \

005


Bron 1 Brandstofcel

(

:;9EDJ;NJ 9>;C?I9>;<;?J;B?@A>;:;Dr@KD?(&&-

8H7D:IJE<9;B

?d[[dXhWdZije\Y[bb[l[hjZ[h[WYj_[lWdmWj[hije\c[jpkkhije\iYêd[[b[ajh_Y_j[_j ef$:Wjpekm[b[[diZ[efbeii_d]akdd[dp_`dleehc_b_[kfheXb[c[d[dleeh^[j j[aehjWWd\eii_[b[XhWdZije\\[d$CWWhZWjab_daj[[dlekZ_][hZWd^[j_i$

8hWdZije\ leehZ[mWj[hije\[Yedec_[ 7

EEL GROTE BESCHAVINGEN ZIJN TEN ONDER GEGAAN DOOR UITPUTTING VAN HUN ENERGIEVOORZIENING BETOOGT DE!MERIKAANSEENERGIESPECIALIST*EREMY 2IFKIN $AT MAAKT DE HUIDIGE SAMEN LEVING VOLGENS HEM KWETSBAAR $E FOS SIELE BRANDSTOFFEN RAKEN OP EN VERVUILEN HET MILIEU IN RAP TEMPO "OVENDIEN IS ONZE POLITIEKE AFHANKELIJKHEID VAN OLIE PRODUCERENDELANDENINONDERANDEREHET -IDDEN /OSTENEENGEVAARVOORDEECONO MIE/OKISENERGIEUITFOSSIELEBRANDSTOF ?dWkje¼ic[jXhWdZije\Y[bb[dp_j][[d FENNIETVOORIEDEREENBESCHIKBAAR VOORAL l[hXhWdZ_d]icejeh"cWWh[[d[b[ajhecejeh[d_d NIET VOOR DE ARMERE BEVOLKING $IRECTE fbWWjilWdX[dp_d[e\Z_[i[bmehZjmWj[hije\][jWdaj$ TOEGANGTOTELEKTRICITEITKANHENBEVRIJDEN VAN DE ARMOEDE ALDUS DE !MERIKAAN ORGANISCHEVERBINDINGENINBOMEN PLAN )N SCHREEF 2IFKIN HET BOEK 4HE TEN«ENOOKFOSSIELEBRANDSTOFFEN«BRON (YDROGEN%CONOMY WAARINHIJSCHETSTHOE NENVANWATERSTOF7ATERSTOFISBOVENDIEN ONZE SAMENLEVING ERUIT KAN ZIEN ALS WE EEN EFFICIpNTE BRANDSTOF (ET BEVAT PER VOOR ONZE ENERGIEVOORZIENING MASSAAL KILODRIEKEERZOVEELENERGIEALSBENZINE ZOUDENOVERSTAPPENOPWATERSTOF TERWIJL HET AFVALPRODUCT VAN DE ENERGIE 2IFKIN DENKT DAT DE WATERSTOFECONOMIE WINNINGSLECHTSSCHOONWATERIS DE BESTE MANIER IS OM ONZE TOEKOMST VEILIG TE STELLEN %N DAARIN STAAT HIJ NIET ALLEEN 7ATERSTOF IS ER IMMERS IN OVER 45300.&/4500. VLOEDHETELEMENTOMVATZO°NPROCENT ENONMISBAARONDERDEELVANDEWATER VAN ALLE MASSA IN HET HEELAL 7ELISWAAR STOFECONOMIE IS DE BRANDSTOFCEL $IT NIETALSVRIJWATERSTOFGAS MAARGEBONDEN APPARAAT ZET WATERSTOF MET BEHULP VAN AANZUURSTOFINWATER$AARNAASTZIJNALLE ZUURSTOF OM IN STROOM EN STOOM OFWEL ELEKTRICITEIT EN WATER .ET ALS IN ACCU°S OF BATTERIJENWORDTVIAEENCHEMISCHEREACTIE ELEKTRISCHEENERGIEGELEVERD(ETVERSCHIL IS DAT DIE NA VERLOOP VAN TIJD LEEG RAKEN ENEVENTUEELWEERMOETENWORDENOPGE LADEN TERWIJL BRANDSTOFCELLEN CONTINU STROOM LEVEREN !LTHANS ZOLANG WATER STOF EN ZUURSTOF WORDEN AANGEVOERD EN HET AFVALPRODUCT WATER WORDT AFGEVOERD /P DIE MANIER KAN EEN BRANDSTOFCEL BIJ WIJZEVANSPREKENEEUWIGSTROOMBLIJVEN OPWEKKEN 8hWdZije\Y[b_d^[jl[hle[h0[d[h]_[pk_d_]" )NPRINCIPEKUNNENBRANDSTOFCELLENFUN \bk_ij[hij_b[dikf[hiYêed$ GEREN ALS LEVERANCIERS VAN ELEKTRICITEIT IN

%

ALLE DENKBARE SITUATIES %R ZIJN BIJVOOR BEELDMODELLENONTWIKKELDDIEALSKLEINE ELEKTRICITEITSCENTRALEKUNNENWORDENTOE GEPAST ZE WORDEN GEVOED MET WATERSTOF IN PLAATS VAN OLIE KOLEN OF VERRIJKT URA NIUM)NEENKLEINEREUITVOERINGKANEEN BRANDSTOFCELDIENENALSGENERATOROFMINI CENTRALEVOORLOKALESTROOMVOORZIENINGIN ZIEKENHUIZEN OF IN AFGELEGEN GEBIEDEN WAARGEENELEKTRICITEITSNETBESCHIKBAARIS 6ERDERZIJNJUISTHEELKLEINEBRANDSTOFCEL LEN IN DE MAAK ALS ALTERNATIEF VOOR BATTE RIJENINLAPTOPSOFMOBIELETELEFOONS $ETOEPASSINGVANBRANDSTOFCELLENINHET VERVOERISHETVERSTGEVORDERD/OKINONS LANDRIJDENINMIDDELSVERSCHILLENDEPROTO TYPENRONDVANAUTO°SOPWATERSTOF%ERDER EXPERIMENTEERDE HET %NERGIEONDERZOEK #ENTRUM .EDERLAND %#. SAMEN MET HET )TALIAANSE BEDRIJF 0IAGGIO AL MET EEN BIJZONDERESCOOTER DIEWERDAANGEDREVEN DOOREENELEKTROMOTORMETEENBRANDSTOF CEL ALS STROOMLEVERANCIER $EZE SCOOTER STOOTGEENVIEZEWALMUITENISFLUISTERSTIL «GROTEVOORDELENINDEDRUKKE)TALIAANSE STEDEN$EMEESTEPROEVENVINDENPLAATS IN HET BUSVERVOER 3INDS LOOPT BIJ VOORBEELD HET GROTE %UROPESE PROJECT #54% #LEAN 5RBAN 4RANSPORT FOR %UROPE "INNEN DIT PROJECT IS EEN BRANDSTOFCEL ONTWIKKELD DIE ZEER GESCHIKT BLIJKT VOOR TOEPASSINGINSTADSBUSSEN MAARMOMEN TEELNOGWELTEDUURIS

8"5&3450'.",&/

7

ATERSTOF KLINKT ALS DE IDEALE OPLOS SING VOOR AL ONZE ENERGIEPROBLE MEN7AAROMLAATDEWATERSTOFECONOMIE DAN NOG OP ZICH WACHTEN !LLEREERST LIGT WATERSTOF NIET VOOR HET OPRAPEN *E KUNT HETNIETDELVEN7ATERSTOFISDAAROMGEEN PRIMAIREENERGIEBRONZOALSOLIEOFZONNE ENERGIE MAAREENENERGIEDRAGER*EMOET

006


Bron 1 Brandstofcel

:;9EDJ;NJ 9>;C?I9>;<;?J;B?@A>;:;Dr;:?J?;+)rDKCC;H(),

)

8H7D:IJE<9;B

M7J;HIJE<87JJ;H?@

I9>ED;;D;H=?; >[jXWi_ifh_dY_f[lWd[[d c_b_[klh_[dZ[b_à[h[[d[h]_[# fheZkYj_[0c[jpedd[#[d[h]_[ mehZjmWj[h][ifb_jij_dmWj[h# ije\[dpkkhije\"mWWhdWX_` Z[ecp[jj_d]lWdmWj[hije\_d [b[ajh_Y_j[_jib[Y^jimWj[hWbi W\lWbfheZkYjedjijWWj$

zonnepanelen zuurstof

zuurstof waterstof

>

waterstof

water elektrolyse

brandstofcel

water

waterstof-opslag ;[dmWj[hije\[Yedec_[pekiYêed[dk_j[hij[\\_Y_djp_`d"p[a[h_dl[h][b_à_d]c[jZ[^k_Z_][ [Yedec_[Z_[m[h[bZm_`Zleehc[[hZWdZh_[amWhjZhWW_jefeb_["WWhZ]Wi[daeb[d$

HET EERST PRODUCEREN BIJVOORBEELD UIT WATER $AT KAN VIA ELEKTROLYSE WAARBIJ WATER WORDT GESPLITST IN WATERSTOF EN ZUURSTOF $IT PROCES VRAAGT ECHTER MINSTENS EVEN VEELELEKTRICITEITALSJEERLATERMEETERUG WINTINEENBRANDSTOFCEL%LEKTRICITEITDIE BOVENDIEN ERGENS VANDAAN MOET KOMEN (ET IDEE VAN DUURZAME ENERGIE ZOU VER LORENGAANALSDAARVOOREENKOLENCENTRALE ZOUDIENEN'EBRUIKVANELEKTRICITEITOPGE WEKTVIAWATERKRACHT WINDMOLENSOFZON NEPANELEN LIGT DAN VOOR DE HAND 6OORAL DE ZON EEN ONUITPUTTELIJKE ENERGIEBRON ZOU IDEAAL ZIJN -AAR ZONNEPANELEN ZIJN NOGVEELTEDUURENHUNRENDEMENTISNOG TELAAGVOORGROOTSCHALIGGEBRUIK /P DIT MOMENT WORDT VERREWEG DE MEESTE WATERSTOF GEMAAKT DOOR CHEMI SCHE OMVORMING VAN FOSSIELE BRANDSTOF

Eea7cij[hZWci[ijWZiXkii[dcWa[dZ[[b k_jlWd^[j;khef[i[9b[WdKhXWdJhWdifehj\eh ;khef[#fhe`[Yj9KJ;"mWWhX_`Z_l[hi[jof[d XhWdZije\Y[bb[dmehZ[d][j[ij$

FEN ZOGEHETEN REFORMING 0ROBLEEM IS ECHTER DAT DAARBIJ KOOLSTOFDIOXIDE VRIJ KOMT"IJ GEBRUIK VAN WATERSTOF GEMAAKT UIT AARDGAS OF KOLEN LEVERT EEN BRAND STOFCEL DUS INDIRECT EEN BIJDRAGE AAN DE #/ EMISSIE AL BEDRAAGT DE EMISSIE VAN EEN WATERSTOFAUTO ONGEVEER DE HELFT VAN DIE VAN EEN VERGELIJKBARE BENZINEAUTO "OVENDIENISHIERNOGVEELWINSTTEHALEN DOORBIJDEWATERSTOFPRODUCTIEHETVRIJKO MENDE BROEIKASGAS AF TE VANGEN OF DOOR WATERSTOFTEMAKENUITBIOMASSA

%3&.1&-

$

E HELFT VAN HET TOTALE ENERGIEVER BRUIK KOMT VOOR REKENING VAN ELEK TRICITEITSCENTRALES %LEKTRICITEIT IS NET ALS WATERSTOF EEN ENERGIEDRAGER DIE GEMAAKT MOET WORDEN UIT EEN PRIMAIRE BRON TOT NU TOE VOORNAMELIJK FOSSIELE BRANDSTOF FEN(ELAASGAATDAARBIJLIEFSTPROCENT VERLOREN AAN WARMTE "IJ REFORMING VAN FOSSIELEBRANDSTOFFENNAARWATERSTOFBLIJFT HETVERLIESBEPERKTTOTgPROCENT $IT ZOU PLEITEN VOOR WATERSTOF IN PLAATS VAN ELEKTRICITEIT ALS ENERGIEDRAGER MAAR EENVOORDEELVANELEKTRICITEITISDEBESCHIK BARE INFRASTRUCTUUR 6IA EEN UITGEBREID NETWERK WORDT HET GELEVERD AAN DE EIND GEBRUIKERS (ET HOEFT NIET OVER DE WEG VERPLAATST TE WORDEN 7ATERSTOF ECHTER WEL $AAR STAAT TEGENOVER DAT ELEKTRICITEIT NIETZOGEMAKKELIJKVALTOPTESLAAN WAAR DOORPROBLEMENKUNNENONTSTAANBIJEEN EXTREEM GROTE VRAAG NAAR STROOM 6OOR WATERSTOF KUNNEN DAARENTEGEN GEMAK KELIJKBUFFERVOORRADENWORDENAANGELEGD OMBIJDAG OFSEIZOENPIEKENAANDEVRAAG

[j]hej[leehZ[[blWdXhWdZije\Y[bb[d_iZWjp[ l[[bbWd][hc[[]WWdZWdZ[^k_Z_][b_j^_kc# _ed XWjj[h_`[d$ D_[j mWj[hije\ cWWh c[j^Wdeb _i Z[ XhWdZije\ leeh Z[ c_d_Wjkkh mWj[hije\Y[bb[d _d ceX_[bj`[i[dbWfjefi$:[YWhjh_Z][ic[jc[j^Wdeb p_`d][cWaa[b_àj[l[hm_ii[b[d$C[jib[Y^ji(YYaWd [[dCF)#if[b[h(&kkhbWd]ckp_[aif[b[d$Eeap_`d [h _dc_ZZ[bi ab[_d[ ZhWW]XWh[ XhWdZije\Y[bb[d j[ aeef mWWhc[[ `[ XWjj[h_`[d _d ceX_[b[ WffWhWjkkh akdj efbWZ[d$ >[j WffWhWWj`[ aWd mehZ[d ][aeff[bZ WWd [[d \b[i mWj[hije\ mWWh# dW ^[j pe¼d j_[d kkh bWd] ijheecb[l[hj$ r TEVOLDOEN(IERBIJGELDENNATUURLIJKWEL BELANGRIJKEVEILIGHEIDSVOORWAARDEN WANT WATERSTOF IS EEN EXPLOSIEF EN BRANDBAAR GAS "INNEN DE %5 WORDT GEWERKT AAN RICHTLIJNEN EN NIEUWE REGELS VOOR TRANS PORT OPSLAGENGEBRUIKVANWATERSTOF(ET WORDTALOPGROTESCHAALGEBRUIKTALSINDUS TRIEEL PRODUCT WAARBIJ AL VEEL ERVARING IS OPGEDAAN OM HET VEILIG TE VERVOEREN VIA EENSPECIAALPIJPLEIDINGENNET .IET DE BRANDSTOFCELTECHNOLOGIE VORMT DEBELANGRIJKEDREMPELVOORDEWATERSTOF ECONOMIE MAARVOORALDEDUURZAMEPRO DUCTIE VAN WATERSTOFGAS EN EEN VEILIG EN EFFICIpNTDISTRIBUTIENETWERK)*SLANDLOOPT WAT DIT BETREFT VOOROP %LEKTRICITEIT WORDT ER GEWONNEN UIT GEOTHERMISCHE ENERGIE EN WATERKRACHT WAARDOOR RUIM PRO CENT VAN DE ENERGIEBEHOEFTE UIT DUUR ZAMEBRONNENKOMT(ETLANDNEEMTDEEL AANVRIJWELALLEEXPERIMENTENMETBRAND STOFCELLEN $E )*SLANDERS ZIEN WATERSTOF NIET ALLEEN ALS EEN MOGELIJKHEID OM IN EIGEN LAND VERKEER EN ENERGIEVOORZIE NING MILIEUVRIENDELIJKER TE MAKEN MAAR OOK OM SCHONE ENERGIE « IN DE VORM VAN WATERSTOF « TE KUNNEN EXPORTEREN 7ELLICHT KAN SCHONE WATERSTOF VAN DIT EILAND DE ONTWIKKELINGEN VAN DE WATER STOFECONOMIE OP HET %UROPESE VASTELAND VERSNELLEN \

007


Bron 1 Brandstofcel

*

:;87I?I 9>;C?I9>;<;?J;B?@A>;:;Dr@KD?(&&-

8H7D:IJE<9;B

;_dZd[][dj_[dZ[[[kml[hbeehZ[XhWdZije\Y[bZ[ijh_`Zc[jZ[l[hXhWdZ_d]icejeh$ :Wdap_`D7I7ah[[]Z[j[Y^d_[a[[dd_[km[aWdi$>[j^WhjlWdZ[Y[b" ^[j[b[ajheboj"X[fWWbjZ[ce][b_à^[Z[d[dX[f[ha_d][d$

;d[h]_[ k_jY^[c_[ &

EN STROOMPJE DOOR EEN GLAS WATER LEVERT WATERSTOFGAS EN ZUURSTOF GAS (ET IS HET BEKENDE ELEKTROLY SEPROEFJE IN DE SCHEIKUNDELOKALEN $E "RITSE JURIST EN NATUURWETENSCHAPPER 3IR 7ILLIAM2OBERT'ROVEPASTEBEGINNEGEN TIENDEEEUWDITPRINCIPETOEOMWATERSTOF TE MAKEN VOOR ZIJN EXPERIMENTEN (IJ WAS VOORAL GEtNTERESSEERD IN BATTERIJEN ENZOCHTNAAREENONTWERPDATDEMEESTE ELEKTRICITEIT OPLEVERDE $AARBIJ STUITTE HIJ OPEENARTIKELVANDE:WITSERSESCHEI EN NATUURKUNDIGE #HRISTIAN 3CHyNBEIN DIE SCHREEF DAT HIJ ELEKTRICITEIT HAD OPGEWEKT UITDECHEMISCHEREACTIETUSSENWATERSTOF ENZUURSTOFOPPLAATJESPLATINA 'ROVEREALISEERDEZICHONMIDDELLIJKHET PRAKTISCHENUTVANDEZEOMGEKEERDEELEK TROLYSEENINPUBLICEERDEHIJOVERDE EERSTE ¯GASBATTERIJ° $IE BESTOND UIT EEN SERIE CELLEN VAN TELKENS mmN BUIS GEVULD METZUURSTOFENEENTWEEDEMETWATERSTOF IN EEN BEKERGLAS MET ZWAVELZUUR EN EEN PLATINA STAAFJE %mN CEL LEVERDE ONGEVEER VOLT AAN SPANNING 'ROVE°S GASBATTERIJ DIELATERBRANDSTOFCELWERDGEDOOPT KREEG

INCONCURRENTIEVANDEVERBRANDINGS MOTOR $IE BLEEK AL SNEL VEEL KRACHTIGER LICHTERENMINDERSTORINGSGEVOELIG $E BRANDSTOFCEL LEEK DAN OOK ALS VOET NOOTINDETECHNIEKGESCHIEDENISTEEINDI GEN 4OTDAT DE !MERIKAANSE .!3! EIND JAREN ZESTIG VAN DE VORIGE EEUW ERNSTIG VERLEGENZATOMEENNIEUWSOORTENERGIE VOORZIENINGAANBOORDVANRUIMTEVAARTUI GEN"ESTAANDEBATTERIJENENACCU°SWAREN TE ZWAAR ZONNECELLEN TE DUUR EN KERN ENERGIEAANBOORDVANEENRAKETWASONAC CEPTABEL%ENBRANDSTOFCELBLEEKBETROUW BAARENLEVERDEMETWATAANPASSINGENVOL DOENDE ELEKTRICITEIT $E AFVALSTOF WATER KONDENDEASTRONAUTENDRINKEN

&-&,530$)&.*4$)"11"3""5

%

EN BRANDSTOFCEL IS EEN ELEKTROCHE MISCHAPPARAATDATNETALSEENBATTERIJ ENEENACCUCHEMISCHEENERGIEOMZETIN ELEKTRISCHE ENERGIE !AN DE ELEKTRODEN ANODE EN KATHODE VINDEN OXIDATIE EN REDUCTIEREACTIESPLAATS/MDATDEELEKTRO DENGESCHEIDENZIJN WORDTAANDEENEEEN NEGATIEVE LADING OPGEBOUWD EN AAN DE

;B;AJHEBOJC77AJ>;JL;HI9>?B 7FSTDIJMMFOEF UPFQBTTJOHFO WPPSWFSTDIJM MFOEFUZQFO CSBOETUPGDFMMFO

ANDEREEENPOSITIEVE$EELEKTRISCHEENER GIEKANAANDEREACTIESWORDENONTTROKKEN DOOREENSTROOMKRINGAANTEBRENGEN$IT GEBEURTMETEENELEKTROLYTDIEHETLADING TRANSPORT TUSSEN BEIDE ELEKTRODEN MOGE LIJK MAAKT ZODAT DE STROOMKRING SLUIT !NDERSDANEENBATTERIJOFACCU RAAKTEEN BRANDSTOFCEL TIJDENS GEBRUIK NIET LEEG OMDATVOORTDURENDNIEUWEBRANDSTOFVAN BUITENWORDTAANGEVOERD (ETPRINCIPEVANDEHEDENDAAGSEBRAND STOFCELLEN IS NIET WEZENLIJK ANDERS DAN 'ROVE°SGASBATTERIJEENCELMETEENANODE PLUSKATHODE METDAARTUSSENEENELEKTRO LYT$EANODEWORDTGEVOEDMETWATERSTOF DEKATHODEMETZUURSTOF"UITENOMLOOPT EEN ELEKTRICITEITSDRAAD %EN KATALYSATOR BIJVOORBEELDPLATINA SPLITSTWATERSTOF( IN PROTONEN EN ELEKTRONEN $E PROTONEN GAAN DOOR DE ELEKTROLYT NAAR DE KATHODE TERWIJL DE ELEKTRONEN DOOR DE DRAAD STRO MEN"IJDEKATHODEKOMENPROTONENEN ELEKTRONEN WEER BIJ ELKAAR EN REAGEREN METZUURSTOF/ WAARBIJWATERONTSTAAT %mNCELLEVERTNOGSTEEDSMAAREENSPAN NINGVANAMPERVOLT$ATISINDEPRAK TIJK TE WEINIG $OOR MEERDERE CELLEN IN SERIEAANTESLUITENKANEENGROTERESPAN NINGWORDENVERKREGEN:O°NRIJVANVAAK ENKELETIENTALLENCELLENHEETEENSTACK

40035&/&/."5&/

1&.'$

%.'$

40'$

"'$

DWWc

Fhejed;nY^Wd][ C[cXhWd[

:_h[YjC[j^Wdeb

Ieb_ZEn_Z[

7baWb_d[

8hWdZije\

>( >!][b[_Z[dZ feboc[[h

c[j^Wdeb

>("9E

>(

;b[ajheboj

>!][b[_Z[dZ feboc[[h

lWijen_Z[

aWb_kcôZhen_Z[

CeX_[b[_ed

>!

>!

E(#

E>#

6

OOR ALLERLEI VERSCHILLENDE TOEPAS SINGEN ZIJN INMIDDELS VELE SOORTEN BRANDSTOFCELLEN ONTWIKKELD :E WORDEN VERNOEMD NAAR DE AARD VAN DE GEBRUIKTE ELEKTROLYT DIE HET HART VORMT VAN DE CEL $EELEKTROLYTBEPAALTDEMOGELIJKHEDENmN BEPERKINGEN:OWORDTINDERUIMTEVAART DE ALKALINE FUEL CELL !&# GEBRUIKT MET KALIUMHYDROXIDE EN VOOR VERVOERMID DELENVOORALDEPROTONEXCHANGEMEMBRANE

008


Bron 1 Brandstofcel

:;87I?I 9>;C?I9>;<;?J;B?@A>;:;Dr;:?J?;+)rDKCC;H(),

>E;M;HAJ;;D8H7D:IJE<9;B Fhejed;nY^Wd][C[cXhWd[F;C<9

e e

waterstof (H2)

e e

e e

zuurstof (O2) uit lucht H

H2

O

H

e e

O2 H H

H2

warmte (85 °C)

O

waterstof wordt hergebruikt

H2O

lucht en water

platina platina anode elektrolyt kathode 2H+ + 2eO + 4H+ + 4e2

FUEL CELL 0%-&# MET EEN PROTONGELEI DEND POLYMEER /M PROTONEN DOOR TE LATENVANDEANODE NAARDEKATHODEZIJDE BEVATDEZEELEKTROLYTZUREGROEPENINEEN WATERIGMEDIUM"EHALVEDEZEHYDROFIELE PLAATSEN HEEFT HET POLYMEER OOK HYDRO FOBEREGIO°SDIEERVOORZORGENDATAANDE KATHODEZIJDE HET GEVORMDE WATER WORDT AFGEVOERD 6OOR DE MECHANISCHE STERKTE ZIJN POLYMEERKETENS NODIG "EHALVE IN TRANSPORTTOEPASSINGENWORDTDE0%-OOK GEBRUIKT IN DE DIRECT METHANOL FUEL CELL $-&# $EZECELISGEBASEERDOPMETHA NOL IN PLAATS VAN WATERSTOF EN WORDT TOEGEPAST IN LAPTOPS EN MOBIELTJES ALS VERVANGERVANBATTERIJEN-ETHANOLLEVERT DE PROTONEN AAN DE ANODEZIJDE $OORDAT METHANOLOOKKOOLSTOFATOMENBEVATKOMT

2H2O

9 ; B B ; D I J7 F ; B ; D

%F CSBOETUPGDFM CFWBU UXFFQPSFV[FLPPMTUPGFMFL USPEFT EJF WFSCPOEFO [JKO EPPSFFOFMFLUSPMZU0QEF FMFLUSPEFJTFFOEVOMBBHKF QMBUJOBBMTLBUBMZTBUPSBBO HFCSBDIU "BO EF BOPEF XPSEU XBUFSTUPG UPFHF WPFSE EBU HFTQMJUTU XPSEU JOQSPUPOFOFOFMFLUSPOFO %F FMFLUSPOFO MFWFSFO TUSPPN JO IFU FYUFSOF DJS DVJUEFQSPUPOFOHBBOWJB FFO QSPUPOTFMFDUJFG NFN CSBBO 1SPUPO &YDIBOHF .FNCSBOF OBBSEFLBUIP EF"BOEFLBUIPEFXPSEU [VVSTUPG MVDIU BBOHF WPFSEEBUNFUEFQSPUPOFO SFBHFFSUUPUXBUFS ]

BIJ DE WERKING VAN DEZE BRANDSTOFCEL KOOLSTOFDIOXIDEVRIJ MAARDEUITSTOOTISBIJ DEZEMINIATUURBRANDSTOFCELLENZEERLAAG $EHOGE TEMPERATUURSOLIDOXIDEFUELCELL 3/&# IS NIET GESCHIKT VOOR AANDRIJVING VAN EEN AUTO OMDAT DEZE CEL OPTIMAAL OPEREERT BIJ EEN TEMPERATUUR VAN ONGE VEER # "IJ GEBRUIK IN AUTO°S ZOU HET VEEL TE LANG DUREN EER DEZE TEMPERA TUUR IS BEREIKT EN DE AUTO KAN WORDEN GESTART $IT TYPE CEL IS ONTWIKKELD VOOR TOEPASSING IN EEN MINI ELEKTRICITEITSCEN TRALE "IJVOORBEELD IN EEN HUIS OF EEN KLEINEWOONWIJK OFALSHULPVERMOGENIN KOELVRIES VRACHTWAGENS DIE OOK ELEKTRICI TEIT NODIG HEBBEN ALS DE MOTOR STILSTAAT (ET VASTE OXIDE ELEKTROLYT IN EEN 3/&# IS BIJVOORBEELD ZIRCONIA :R/ GEMENGD

I;B;9J?;<FHEJEDJH7DIFEHJ

Nafion® fluorkoolstof hoofdketen CF2

hydrofoob CF2

m

CF

CF2

SO3-

n

CF

SO3SO3-

CF3 z

O CF2 CF2

sulfonaatgroep

H3O+

H2O

O CF2

zijketen

SO3 – H+

+

8H7D:IJE<9;B

SO3SO3-

SO3-

hydrofiele ruimten proton transport

DW\_ed_i[[dl[[b][Xhk_aj[b[ajheboj_dZ[fhejed[nY^Wd][c[cXhWd[F;CXhWdZije\Y[b$>[j feboc[[hX[ijWWjk_j^[jlebb[Z_]][\bkeh_Z[[hZ[cWj[h_WWbJ[\bedfeboj[jhW\bkehe[j^[[dmWWhWWd ikb\edWWj]he[f[dp_`d][aeff[bZ$J[\bed_ip[[hôZhe\eeX"Z[ikb\edWWjp_à[j[dip_`dôZhe\_[b$:[ bWWjij[pe[a[d[baWWhefpeZWj[hôZhe\_[b[aWdWb[dedjijWWdmWWhZ[fhejed[dZeeh^[[dmehZ[d ][jhWdifehj[[hZ$:[h[ijlWd^[jc[cXhWWd_iôZhe\eeX$DW\_ed_i[[dc[hadWWclWd^[j cWj[h_WWb$>[jmehZj][fheZkY[[hZZeeh:kFedj$

H2

H+

O2

H2

H+

O2

e0V

0,7 V

H2

H+

O2

e1,4 V

2,1 V

&FOFOLFMFCSBOETUPGDFMQSPEVDFFSUHFOPFH FMFLUSJDJUFJU UVTTFO FO 7 WPPSFOLFM EF LMFJOTUF UPFQBTTJOH %BBSPN XPSEFO CSBOETUPGDFMMFO PPL XFM JO TFSJF TBNFOHF WPFHEUPUFFOCSBOETUPGDFMTUBQFMJOH TUBDL &FO CSBOETUPGDFMTUBDL LBO VJU IPOEFSEFO CSBOETUPGDFMMFOCFTUBBO ] 8hWdZije\Y[b X[ijWWdZ[k_j [d_][j_[djWb# b[dY[bb[d ][ijWf[bZjej [[dijWYa$

MET YTTRIA 9/ $E REDOXREACTIE DIE PLAATSVINDT AAN DE ELEKTRODEN IS ANDERS DAN IN DE 0%- CEL AAN DE KATHODE WOR DEN ZUURSTOFIONEN GEVORMD / AAN DE ANODE KUNNEN VERSCHILLENDE REACTIES PLAATSVINDEN « ONDER ANDERE VAN KOOL MONOXIDE MET WATERSTOF TOT WATER EN KOOLDIOXIDE(IERDOORISHETMOGELIJKEEN 3/&# NIET ALLEEN MET ZUIVERE WATERSTOF TE VOEDEN MAAR OOK MET SYNTHESEGAS EEN MENGSEL VAN KOOLMONOXIDE #/ EN WATERSTOF ( DAT KAN WORDEN GEMAAKT UIT FOSSIELE BRANDSTOFFEN ZOALS AARDGAS DIESELOFKEROSINE

)00(3&/%&.&/5

)

N EEN BRANDSTOFCEL VINDT GEEN VER BRANDING PLAATS MAAR WORDT WATERSTOF RECHTSTREEKSOMGEZETINELEKTRICITEIT$EZE ELEKTROCHEMISCHE REACTIE VAN WATERSTOF METZUURSTOFVERLOOPTVEELEFFICIpNTERDAN EEN KLASSIEKE VERBRANDING WAARBIJ ENER GIE IN DE VORM VAN WARMTE VRIJKOMT )N DEZOGEHETEN#ARNOT CYCLUSWORDTDECHE MISCHE ENERGIE NAMELIJK EERST OMGEZET IN WARMTE EN PAS DAARNA IN BIJVOORBEELD ELEKTRISCHE ENERGIE 4IJDENS DEZE LAAT STE STAP TREDEN ALTIJD GROTE VERLIEZEN OP OMDATMAAREENDEELVANDEWARMTEKAN WORDEN OMGEZET $E DIRECTE OMZETTING LEIDT TOT EEN UITZONDERLIJK HOOG RENDE MENT %EN AUTO MET BRANDSTOFCEL BENUT PROCENT VAN DE ENERGIE INHOUD VAN WATERSTOF TERWIJL DE VERBRANDINGSMOTOR INEENBENZINEAUTONAUWELIJKSPROCENT VANDEENERGIEWEETOMTEZETTENINNETTO BEWEGING \

009


Bron 1 Brandstofcel

,

:;:?;FJ; 9>;C?I9>;<;?J;B?@A>;:;Dr@KD?(&&-

8H7D:IJE<9;B

8hWdZije\Y[bb[d[dmWj[hije\j[Y^debe]_[ijWWdm[h[bZm_`Z_dZ[X[bWd]ij[bb_d]$ LeehWb_d^[jl[hle[hmehZjlebef][nf[h_c[dj[[hZ[dZ[l[hmWY^j_d][dp_`dêe]$ EdZ[hpe[a[hi^[XX[dleehbef_][Y^j[h^kd^WdZ[dlebWWdl[hX[j[hfkdj[d$

fhe[\

Fh[ijWj_[iefZ[

7

OERTUIGEN MET BRANDSTOFCELLEN BEVINDEN ZICH MOMENTEEL IN HET STADIUM VAN ONDERZOEK ONTWIK KELING EN DEMONSTRATIE $E ENE NA DE ANDERE AUTOFABRIKANT KOMT MET PROTOTY PEN:EZIJNSCHOONENSTILENKUNNENBIJ GROOTSCHALIGE INTRODUCTIE EEN BELANGRIJKE BIJDRAGE LEVEREN AAN DE VERBETERING VAN HETMILIEU-AARERKLINKTOOKKRITIEK$E BRANDSTOFCELAUTO ZOU NIET SNEL GENOEG ZIJN EN ER BESTAAN TWIJFELS OVER DE VEILIG HEID VAN EEN WATERSTOFTANK AAN BOORD DIE BOVENDIEN VEEL TE VEEL RUIMTE ZOU INNEMEN$ECRITICIWORDENOPHUNWEN KEN BEDIEND VERSCHILLENDE FABRIKANTEN HEBBEN INMIDDELS MODELLEN ONTWIKKELD DIENIETONDERDOENVOOREENAUTOMETEEN VERBRANDINGSMOTOR:OHEEFTDEVAN (ONDA EEN ACTIERADIUS VAN KM EN EEN TOPSNELHEID VAN KMU $E AUTO TELTTWEEWATERSTOFTANKSVANINTOTAALRUIM

LITER BIJ BAR WATERSTOFDRUK PAST DAAR KILOWATERSTOFIN /M PRESTATIES TE VERBETEREN WORDEN DE AUTO ONTWERPEN TELKENS AANGEPAST :O ZIJN ER UITVOERINGEN MET AAN IEDER ACH TERWIELEENKLEINELEKTROMOTORTJEDATEXTRA KRACHTLEVERT3OMSISOOKEENCONDENSA TOROPGENOMENOMEXTRAKRACHTTELEVEREN BIJ HET WEGRIJDEN $AT KOST NATUURLIJK ENERGIE MAAR DIE WORDT TERUGVERDIEND DOORHERGEBRUIKVANHETENERGIEVERLIESTIJ DENSHETREMMEN"IJPERSONENAUTO°SLIGT DE BRANDSTOFCEL ZELF MEESTAL IN EEN DUB BELEBODEMONDERDEPASSAGIERSSTOEL$E HOGEDRUKTANKMETWATERSTOFHANGTONDER DEKOFFERBAK WAARDOORERNOGVOLDOENDE RUIMTEOVERBLIJFTVOORDEBAGAGE

4536*,&-#-0,

)

N DE WATERSTOFAUTO°S WORDT VOORAL DE PROTON EXCHANGE MEMBRANE 0%-

>E;I9>EED;D>E;PK?D?= >[jh[dZ[c[djlWdZ[[b[ajheY^[c_iY^[h[WYj_[ jkii[d mWj[hije\ [d pkkhije\ _d [[d XhWdZije\# Y[b _i êe]" mWWhZeeh [[d le[hjk_] c[j pe¼d Y[b [d[h]_[pk_d_] _i$ EcZWj ][[d l[hXhWdZ_d] fbWWjil_dZj edjijWWd ][[d ij_aije\en_Z[d" ][[d aeebmWj[hije\\[d"][[dhe[jZ[[bj`[i[deea][[d aeebije\Z_en_Z[ · _d [ba ][lWb d_[j j_`Z[di ^[j h_`Z[d$CWWhX_`Z[fheZkYj_[lWdmWj[hije\aecj dWjkkhb_à m[b 9E( lh_` mWdd[[h ^[j ]Wi mehZj ][medd[dk_j\eii_[b[XhWdZije\\[d$ Ec ^[j [d[h]_[l[hXhk_a [d Z[ [c_ii_[i lWd [[d l[hXhWdZ_d]icejeh [d [[d XhWdZije\Y[b [[hb_àj[l[h][b_à[dce[jZWdeeaZ[Yecfb[j[ [d[h]_[a[j[d mehZ[d X[a[a[d$ :Wj ][X[khj _d [[d pe][^[j[d XFMMUPXIFFM WdWboi[" mWWhX_` lWd [ba[ ijWf mehZj X[h[a[dZ ê[l[[b [d[h]_[ l[hbeh[d]WWj[dmWjZ[[c_ii_[ip_`d$

&&/"6503*57"/)0/%&3%,*-0.&5&3

;d[h]_[l[hXhk_a ;c_ii_[i 9E( 9E DEn >9

(.)C@ ('a] *.] )] )]

'/,C@ ''a] &] &] &]

][ij[bZ BRANDSTOFCELGEBRUIKT$ELEVENSDUURVAN DEHUIDIGE0%- BRANDSTOFCELLENBEDRAAGT THEORETISCH UUR TERWIJL VOOR EEN PERSONENAUTO UUR VOLDOENDE ZOU ZIJN$ATKOMTOVEREENMETKM -AAR BIJ GEBRUIK IN DE PRAKTIJK KOUDE HITTE DROOGTE BLIJKT DE LEVENSDUUR HEEL WAT KORTER 0ROBLEEM IS DE OPTIMALE BEDRIJFSTEMPERATUUR VAN DE CEL $IE LIGT RONDDE#$ATLIJKTEENCOMFORTABELE TEMPERATUUR MAARVOORTOEPASSINGINEEN AUTOZOUONGEVEER#GEWENSTZIJN"IJ EENGROTERVERSCHILMETDEOMGEVINGSTEM PERATUUR VERLOOPT DE AFVOER VAN WARMTE WAARDOORDECELNIETTmWARMWORDT VEEL GEMAKKELIJKER %EN BRANDSTOFCEL MET EEN HOGEREBEDRIJFSTEMPERATUURZOUDECELEN DE AANDRIJVING VAN DE AUTO EENVOUDIGER LICHTERENGOEDKOPERMAKEN (ET PROTONGELEIDEND MEMBRAAN VORMT HET GROOTSTE STRUIKELBLOK (ET TOT NU TOE MEEST GESCHIKTE MATERIAAL PERFLUORSUL FONZUUR.AFION MOETVERZADIGDZIJNMET WATERVOOREENGOEDEGELEIDINGVANPROTO NEN "IJ HOGERE TEMPERATUREN VERDAMPT HET WATER TE SNEL EN DAALT HET VERMOGEN VAN DE CEL (ET BEDRIJF 'ORE BEKEND VAN HET WATERDICHTE TEXTIEL 'ORE4EX ONT WIKKELDE EEN POREUS POLYMEER VAN POLY TETRAFLUOROETHYLEEN 04&% DAT GEVULD IS METPERFLUOROSULFONZUUR"IJPROEVENMET EENMEMBRAANVANDITMATERIAALISALEEN LEVENSDUUR VAN UUR BEREIKT $E EFFICIpNTIE VAN HET PROTONTRANSPORT BLIJKT BOVENDIEN HOGER DAN IN .AFION 04&% IS NAMELIJK Zv STERK DAT HET MEMBRAAN HEELDUNGEMAAKTKANWORDEN WAARDOOR HETPROTONTRANSPORTMINDERBIJDRAAGTAAN VERLIESINENERGIEOPBRENGST (ET %NERGIEONDERZOEK #ENTRUM .EDERLAND%#. ONTWIKKELDESAMENMET $3- EEN VERGELIJKBAAR SYSTEEM OP BASIS VAN POREUS POLYETHYLEEN WAARBIJ DE HOL

010


Bron 1 Brandstofcel

:;:?;FJ; 9>;C?I9>;<;?J;B?@A>;:;Dr;:?J?;+)rDKCC;H(),

FEM;HFB7DJEF8H7D:IJE<9;B

waterstof H2

elektriciteit uit waterstof

brandstofcel centrale

elektriciteit uit het net

water H2O

8?EBE=?I9>;8H7D:IJE<9;B

#JK EF DIMPPSGBCSJFL WBO "L[P /PCFM JO %FMG[JKM JT FFO FMFLUSJDJUFJUTDFOUSBMF HFCPVXE EJF HFCSVJL NBBLU WBO FFO 1&. CSBOETUPGDFM )FU JT EF FFSTUF DFOUSBMF JO &VSPQB WBOEF[FPNWBOH L8 %F CFOPEJHEF XBUFSTUPG LPNU WSJK BMT CJKQSPEVDU CJKIFUNBLFOWBODIMPPS %FPQHFXFLUFFMFLUSJDJUFJU XPSEU EJSFDU UFSVHHFMF WFSEBBOEFGBCSJFL]

JJ?MM[jiki"B[[kmWhZ[d

chloor Cl2

chemische fabriek chloorproductie

-

8H7D:IJE<9;B

&/&3(*&6*5"'7"-8"5&3

/

MDEBRANDSTOFCELEENAANTREKKELIJK ALTERNATIEF TE MAKEN VOOR DE VER BRANDINGSMOTOR MOET OP HET GEBIED VAN GEWICHT VERMOGEN EN KOSTEN NOG VOOR UITGANG WORDEN GEBOEKT -AAR ER GELDEN NOGALWATRANDVOORWAARDEN(ETGEWICHT MOETLAAGZIJNNIETHOGERDANEENKILOPER GELEVERDE KILOWATT (ET VERMOGEN MOET MINIMAAL K7 BEDRAGEN MAAR LIEFST

Lbe[_XWh[mWj[hije\c[j[[dj[cf[hWjkkhlWd(& A[bl_daWdmehZ[def][ibW][d_d[da[bmWdZ_][ e\ZkXX[bmWdZ_]["lWYkc][ieb[[hZ[jWdai$ :eeh]WWdiijh[[\jc[ddWWhpe]heejce][b_à[ YedjW_d[hiedZ[hpeêe]ce][b_à[Zhka$

8

_ebe]_iY^[ XhWdZije\Y[bb[d \kdYj_ed[h[d leb# ][di^[jp[b\Z[fh_dY_f[Wbi[[ddehcWb[XhWdZ# ije\Y[b$ Eh]Wd_iY^ cWj[h_WWb 9>E _d W\lWbmWj[h mehZj Zeeh XWYj[h_d ec][p[j _d fhejed[d [d [b[ajhed[d$:[fhejed[dZ_\\kdZ[h[dZeeh[[dfhe# jedi[b[Yj_[\c[cXhWWd$:[[b[ajhed[dmehZ[dZeeh [[d [nj[hd Y_hYk_j ][b[_Z peZWj [b[ajh_Y_j[_j mehZj ef][m[aj$7WdZ[WdZ[h[p_`Z[lWd^[jc[cXhWWd aec[dZ[[b[ajhed[d[dfhejed[dm[[hX_`[baWWh[d h[W][h[d iWc[d c[j pkkhije\ jej mWj[h$ >[jp[b\Z[ X_e#[b[ajheY^[c_iY^[ fh_dY_f[ mehZj eea ][Xhk_aj ecmWj[hije\j[cWa[dk_jW\lWbmWj[h_dfbWWjilWd [b[ajh_Y_j[_j$ 8_` Z[ X_ebe]_iY^[ mWj[hije\fheZkYj_[ k_jW\lWbmWj[hmehZjWWdZ[aWjêZ[ijheecje[][# le[hZ _d fbWWji lWd pkkhije\" mWWhZeeh mWj[hije\ edjijWWj_dfbWWjilWdmWj[h$ r CO2

waterstof stroomvoorziening

afvoer

OT SLOT MOETEN ER OOK ALTERNATIEVE MATERIALENWORDENONTWIKKELD OMDAT WATERSTOFREAGEERTMETDEGANGBAREMETA LENWAARVANGASCILINDERSENPIJPLEIDINGEN ZIJN GEMAAKT %EN TIJD LANG DACHT MEN DATMETAALHYDRIDESGESCHIKTZOUDENZIJN $EZEPOREUZEMATERIALENWERKENALSEEN SOORT SPONS EN NEMEN WATERSTOF REVERSI BEL OP IN HUN HOLTES $AT IS ECHTER EEN EXOTHERMPROCESENVOORHETVRIJMAKENIS DUSENERGIENODIG$EBRANDSTOFTANKVAN EENAUTOZOUDANVERWARMDMOETENWOR DEN WAARDOOR EEN AANZIENLIJK DEEL VAN DE ENERGIE INHOUD VAN WATERSTOF WORDT VERBRUIKTVOOROPSLAG /NDERZOEKERS PROBEREN NIEUWE MATE RIALEN TE VINDEN VOOR WATERSTOFOPSLAG

H2

CO2 H+

8"5&3450'#&45&/%*(

4

e-

e-

aanvoer

(CHO)n

kathode

$0/$633&/5*&4-"(

HOGERINDEBUURTVANDEgK7 HETVERMOGENDATEENGEMIDDELDEAUTOOP FOSSIELEBRANDSTOFLEVERT6ERBETERINGVAN HET VERMOGEN GAAT ECHTER TEN KOSTE VAN HETGEWICHT 6ERDER MAG OOK DE PRIJS PER K7 NIET BOVEN DE VIJFTIG DOLLAR UITKOMEN 6OORAL EFFICIpNTERE KATALYSE ZOU BIJDRAGEN AAN EEN HOGER VERMOGEN -AAR DAT GAAT TEN KOSTEVANDEPRIJS OMDATERONDERANDERE MEER PLATINA NODIG ZAL ZIJN -OMENTEEL ZIT ER ONGEVEER GRAM PLATINA PER K7 INEENCEL OFWELDERTIGGRAMVOOREENAUTO VAN K7 $E HOEVEELHEID PLATINA MOET NOGMETDEHELFTDALEN-ENPROBEERTDIT DOORHETPLATINAFIJNERTEVERDELENOVERDE GRAFIETELEKTRODES /OK WORDT ONDERZOCHT OFTOEPASSINGVANEENLEGERINGDEKATALYSE EFFICIpNTER MAAKT 0LATINA GEMENGD MET RUTHENIUM IS GESCHIKT OM AAN DE ANODE TE GEBRUIKEN PLATINA MET COBALT LEVERT AAN DE KATHODE EEN BETERE STABILITEIT $ERGELIJKELEGERINGENZOUDENDOORBESPA RINGOPPLATINAVOORDELIGERZIJN

anode

TESWORDENGEVULDMET.AFION"IJZONDER BIJ DIT MEMBRAAN IS DAT DE MATRIX NIET GEFLUORIDEERDIS,ANGETIJDWERDGEDACHT DAT ALLEEN VOLLEDIG GEFLUORIDEERDE POLY MEREN BESTAND ZOUDEN ZIJN TEGEN DE AGRESSIEVEZURE OMGEVINGWAARINREDOX REACTIESPLAATSVINDEN$ELEVENSDUURVAN DEZE CEL BEDRAAGT ECHTER UUR BIJ ONAFGEBROKENGEBRUIK(ONDAPASTINZIJN BRANDSTOFCELAUTOEENMEMBRAANTOE DAT GEBASEERD IS OP AROMATISCHE VERBIN DINGEN $AARMEE KAN DE AUTO BIJ LAGERE TEMPERATUUR STARTEN # EN TOCH BIJ HOGERE TEMPERATUUR GOED FUNCTIONEREN TOT # (ET IDEALE MATERIAAL IS NOG NIETGEVONDEN/NDERZOEKERSDENKENDAT DATNOGZEKERVIJFJAARKANDUREN

H+

BIJVOORBEELD NANOGESTRUCTUREERDE MAG NESIUMHYDRIDES+LEINEDEELTJESOFDUNNE LAGEN MOETEN ERVOOR ZORGEN DAT DE TEM PERATUUR WAARBIJ HET WATERSTOFGAS WEER VRIJKOMTNIETTEHOOGIS$AARNAASTWORDT DEMOGELIJKHEIDONDERZOCHTOMWATERSTOF OPTESLAANINALANATEN VERBINDINGENVAN NATRIUM ALUMINIUMENWATERSTOF%RPAST MEERDANDEGEWENSTEGEWICHTSPROCENT WATERSTOF IN DIT MATERIAAL EN HET DESOR BEERT AL BIJ # WAT TOEPASSING IN EEN 0%- BRANDSTOFCELMOGELIJKMAAKT \

011


Bron 1 Brandstofcel

.

77DLKBB;D:;?D<EHC7J?; 9>;C?I9>;<;?J;B?@A>;:;Dr@KD?(&&-

8H7D:IJE<9;B

C[[hm[j[d

:[>oZhe=;C"edj# m_aa[bZ[d][j[ijX_` ;9DF[jj[d"mehZj WWd][Zh[l[dZeeh [[dXhWdZije\Y[b Z_[[[dl[hce][d b[l[hjlWd+aM$:[ mWj[hije\Wkje_i ][iY^_ajleehbeaWWb jhWdifehjX_`lb_[]# l[bZ[d"ijWj_edi"Z_i# jh_Xkj_[Y[djhW"p_[# a[d^k_p[d[jY[j[hW$ >[jle[hjk_]^[[\j [[dbWWZl[hce][d lWdjm[[êdZ[hZ a_be]hWc[dh_`Zjef [[djWdalWd-,b_j[h (&&XWhed][l[[h jm[[êdZ[hZa_be# c[j[hX_`[[dcWn_# ckcid[b^[_ZlWd *&ac%k$

!!."%6/,%.7%"3)4%3

WWWMINIHYDROGENCOM PRESENTATIES FILMPJES EN EXPERI MENTENOVERWATERSTOFENBRANDSTOFCELLEN

HTTPNOORDERLICHTVPRONLDOSSIERS DOSSIER 7ATERSTOFECONOMIEMETDOCUMENTAIRESENARTIKELEN

WWWECNNLHSF5NIT7ATERSTOFEN3CHOON&OSSIELVAN%#.

WWWSHELLHYDROGENCOMSITEVAN3HELL(YDROGEN"6

WWWBRANDSTOFCELCOMALGEMENESITEOVERBRANDSTOFCELLENEN HUNTOEPASSINGEN

WWWGEOSENERGIENLMINI7ATERSTOFHTM TECHNOLOGIE VAN KLEINEBRANDSTOFCELLENUITGELEGD 6//2/03#(//, $EVEILIGHEIDVANRIJDENOPWATERSTOFISPUNTVANDISCUSSIE 'EEFDRIEREDENENWAAROMWATERSTOFONVEILIGERZOUZIJNDAN BENZINE.OEMOOKDRIEMAATREGELENOFTEGENARGUMENTEN 7AAROM IS WATERSTOF EEN ENERGIEDRAGER EN NIET EEN ENER GIEBRON %LEKTRICITEIT IS OOK EEN ENERGIEDRAGER .OEM EEN VOORDEELENEENNADEELTENOPZICHTVANWATERSTOF -INIBRANDSTOFCELLENOPMETHANOLBESTAANOOK(OEWERKEN DIE 'EEF DE ELEKTRODEREACTIES $ENK JE DAT DEZE CELLEN DE HUIDIGE LITHIUM IONBATTERIJEN ZULLEN KUNNEN VERVANGEN 'EEFEENARGUMENTVOORENTEGEN 4WEE CC MILLILITER METHANOL IS VOLDOENDE VOOR UUR MUZIEKOPJE-0(OEVEEL*OULELEVERTTWEECCMETHANOLBIJ VOLLEDIGEVERBRANDINGTOTKOOLSTOFDIOXIDEENWATER(OEVEEL

<eje08Wij_[dd[M[djp[b

!!."%6/,%.,)4%2!4552

/UWEHAND *ET AL 4OEGEPASTE %NERGIETECHNIEK 3DU 5ITGEVERS $EN(AAG HOOFDSTUK

53$EPARTMENTOF%NERGY &UEL#ELL(ANDBOOK THED

$E"RUIJN& 4HECURRENTSTATUSOFFUELCELLTECHNOLOGYFORMOBILE ANDSTATIONARYAPPLICATIONS 'REEN#HEMISTRY

2IFKIN * 4HE HYDROGEN ECONOMY .EW 9ORK )3".

7ATTLEVERTCCMETHANOLINDIETWEEUUR(OEVEEL7ATTVER BRUIKTJE-0'EBRUIKOA"INASAEN" 'EEF DE HALFREACTIES DIE OPTREDEN IN DE BRANDSTOFCEL MET WATERSTOF EN LUCHT ZUURSTOF 'EBRUIK "INAS 7AT IS DE CELSPANNINGONDERSTANDAARDOMSTANDIGHEDEN 7AARDOORWIJKTDECELSPANNINGVEELALAFVANDEWAARDEDIEJE VOLGENS"INASBEREKENT .OEM DRIE EISEN WAARAAN EEN MEMBRAAN VOOR EEN 0%- BRANDSTOFCELMOETVOLDOEN :OEKDEELEKTRODEREACTIESOPVOOREEN0%- ENEEN3/&# CEL 7AAROM IS VERONTREINIGING MET #/ VOOR DE EERSTE WmL EENPROBLEEMENVOORDETWEEDENIET 7AT IS HET VERSCHIL TUSSEN BIOLOGISCHE BRANDSTOFCEL EN EEN CHEMISCHE BRANDSTOFCEL (OE KUN JE WATERSTOF MAKEN UIT AFVALWATER 7ELKEBRANDSTOFCELZOUGESCHIKTKUNNENZIJNVOORDESCHEEP VAART4IPSCHIPPERSHOUDENNIETVANEXPLOSIEVEWATERSTOF ZIJVARENLIEVEROPDIESEL

9EBE<ED $IFNJTDIF'FJUFMJKLIFEFOBDUVFMF FODZDMPQFEJFPWFSNPMFDVMFO NFOTFO NBUFSJBMFOFONJMJFV -PTCMBEJHFVJUHBWFWBOEF,/$7 WFSTDIJKOUESJFNBBMQFSKBBSNFUJO UPUBBMUJFOPOEFSXFSQFO 3FEBDUJF "MFYBOEFS%VZOEBN $8

.BSJBOWBO0QTUBM #oUB$PNNVOJDBUJFT

"SUIVSWBO;VZMFO #oUB$PNNVOJDBUJFT

(FSBSE4UPVU /PPSEFMJKLF )PHFTDIPPM-FFVXBSEFO

1SPEVDUJFFOSFBMJTBUJF #oUB$PNNVOJDBUJFT UFM CFUBDPN!QMBOFUOM #BTJTPOUXFSQ.FOOP-BOETUSB

'PUPWFSBOUXPPSEJOH 'PUPT[POEFSCSPOWFSNFMEJOH[JKO BGLPNTUJHWBOXXXJTUPDLQIPUPDPN 6JUHFWFS 3PFMBOE%PCCFMBFS #oUB1VCMJTIFST 1PTUCVT "&-FJETDIFOEBN UFM GBY JOGP!CFUBQVCMJTIFSTOM "CPOOFNFOUFOPQHFWFO "CPOOFNFOUFOMBOE %F5SPNQFU %#)FFNTLFSL UFM GBY BCPTFSWJDF!BCPMBOEOM

8H7D:IJE<9;B "CPOOFNFOUFO QBQJFSFOFEJUJFFOUPFHBOHUPU EJHJUBBMBSDIJFGPQJOUFSOFU JODMVTJFGWFS[BNFMNBQ ` ,/$7FO,7$7MFEFO` BMMFFOUPFHBOHUPUEJHJUBBMBSDIJFG PQJOUFSOFU` ,/$7FO,7$7MFEFO` "CPOOFNFOUFOLVOOFOFMLNPNFOU JOHBBO"CPOOFNFOUFOXPSEFO BVUPNBUJTDIWFSMFOHEUFO[JKWwwS OPWFNCFSWBOIFUMPQFOEFKBBSFFO TDISJGUFMJKLFPQ[FHHJOHJTPOUWBOHFO

FEJUJF OVNNFS KVOJ .FUEBOLBBO %S'SBOLEF#SVJKO &$/ 1FUUFO FNBJMEFCSVJKO!FDOOM 1SPGES(FSU+BO,SBNFS 56 &JOEIPWFOFO4IFMM)ZESPHFO#7 "NTUFSEBN FNBJMHFSUKBOLSBNFS!TIFMMDPN

012


Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–1

Batterijen door ir. Martine Segers, freelance wetenschapsjournalist Deze Chemische Feitelijkheid is geschreven in samenwerking met dr.ir. Dick Schmal van TNO Milieu, Energie en Procesinnovatie (TNO MEP), afdeling energiesystemen, postbus 342, 7300 AH Apeldoorn. tel. 055-549 38 47 / 015-269 60 87, e-mail: [email protected]

1. 2. 3. 3.1 3.2 3.3 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 5. 6. 6.1 6.2 7. 8. 8.1 8.2 8.3 9.

Inleiding Globale werking van een batterij Kenmerken van niet-oplaadbare batterijen Alkalinebatterij Lithiummangaanbatterij Zinkluchtbatterij Kenmerken van oplaadbare batterijen Loodaccu Nikkelcadmiumbatterij Nikkelmetaalhydride Lithiumionbatterij Veiligheidsmechanismen Wetgeving Kwikgebruik Besluit ‘beheer batterijen’ Recycling Nieuwe ontwikkelingen Bussen en auto’s op batterijen Batterijen als buffer in het elektriciteitsnetwerk Brandstofcel als mogelijke opvolger van de batterij Literatuur en websites

205– 3 205– 4 205– 5 205– 5 205– 6 205– 7 205– 8 205– 8 205– 9 205– 10 205– 11 205– 12 205– 13 205– 13 205– 13 205– 14 205– 15 205– 15 205– 16 205– 17 205– 18

Chemische Feitelijkheden is een uitgave van ten Hagen & Stam bv in samenwerking met de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging.

44 Chemische Feitelijkheden april 2004

tekst_144/205


013

Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–3

1.

Inleiding

Batterijen zijn populairder dan ooit. Ze leveren niet alleen energie voor traditionele toepassingen zoals afstandbediening, reiswekker, rookmelder of gehoortoestel, maar ook voor moderne toepassingen in bijvoorbeeld de mobiele telefoon, de discman, het digitale fototoestel, de labtop, de elektrische tandenborstel en de afstandbediening van het autoalarm. In 2002 gingen er in Nederland zo’n 200 miljoen batterijen over de toonbank. Met name het enorme succes van de mobiele telefoon was niet mogelijk geweest zonder flinke verbeteringen in de hoeveelheid energie die kleine oplaadbare batterijen kunnen opslaan. De eerste mobiele telefoons hadden in 1985 nog een loodaccu nodig ter grootte van een attachékoffer. Vandaar ook de naam autotelefoon. Zonder auto was hij nauwelijks te vervoeren. In de eerste praktische mobiele telefoons zaten nikkelcadmiumbatterijen met een dikte van zo’n vijf centimeter. Tegenwoordig bellen we mobiel met een oplaadbare lithiumionbatterij van amper vier millimeter dik, een halve creditkaart groot en een gewicht van minder dan dertig gram. Deze batterij kan per gram batterij drie keer zoveel energie opslaan als de nikkelcadmiumbatterij. Verder is de energiedichtheid de afgelopen jaren nog met enkele tientallen procenten toegenomen door de keuze voor langere en dunnere elektrodes die opgerold of opgevouwen kunnen worden en hierdoor een groter contactoppervlak hebben waardoor de batterijreacties efficiënter verlopen. Tegelijkertijd is overigens het energieverbruik van de mobiele telefoons met een factor drie afgenomen door ontwikkeling van elektronica die weer efficiënter gebruik maakt van de energie uit een batterij. Batterijen met een hoge energiedichtheid hebben ook een nadeel. Als bij kortsluiting al die energie ineens vrijkomt in een klein hermetisch afgesloten metalen omhulsel, kan zo’n batterij ontploffen. Fabrikanten hebben daar allerlei beveiligingsmechanismen tegen ontwikkeld, maar een enkele keer gaat het toch fout, getuige de krantenberichten over ontplofte mobieltjes.


tekst_144/205

014


Bron 2 Batterijen

205–4 2.

Batterijen

Globale werking van een batterij

Een batterij zet chemische energie om in elektrische energie. Twee elektrodes met een verschillende elektrische potentiaal vormen de plus- en de minpool, ook wel kathode en anode genoemd. Deze elektrodes worden gescheiden door een elektrolyt, meestal een vloeistof die ionen geleidt. De elektrolyt is vaak een waterige oplossing van een zout of een zuur met een verdikkingsmiddel, bijvoorbeeld siliciumdioxide. Maar het kan ook een organische vloeistof zijn of een polymeer. Een vloeibare elektrolyt wordt opgezogen in een niet-geleidende poreuze kunststof, de separator, om kortsluiting te voorkomen. Als voorbeeld volgt hier de werking van een eenvoudige batterij: een staafje zink en een staafje koper dat is ondergedompeld in een kopersulfaatoplossing (zie Figuur 1).

anode

X

0886-0396

-

-

elektroden

2+

Cu

-

Cu

Zn

Zn

2+

-

kathode

Cu

Zn

-

Zn

2+

2+

Cu kopersulfaatoplossing (elektrolyt)

2+

Cu Cu

2+

Figuur 1. Schematische weergave van de werking van een zinkkoperbatterij.

Het potentiaalverschil tussen beide polen ontstaat doordat de twee gekozen metalen in een waterige oplossing in verschillende mate oplossen. Zink (Zn) is een onedel metaal en lost gemakkelijk op. Daarbij gaan zinkionen (Zn2+) in oplossing en blijft een overschot aan elektronen achter op de zinkstaaf. De zinkstaaf wordt hierdoor de negatieve pool. Via de draad bereiken de elektronen de koperelektrode (Cu) die de aangevoerde elektronen gemakkelijk opneemt waarbij de koperionen (Cu2+) uit de oplossing juist neerslaan tot metallisch koper, Cu. Doordat er bij de zinkelektrode elektronen afgevoerd worden, kunnen er hier weer meer zinkionen in oplossing gaan. Als alle koperionen uit de elektrolyt neergeslagen zijn op de koperelektrode houdt de elektronenstroom op en is de batterij ‘leeg’.


015


Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–5

3.

Kenmerken van niet-oplaadbare batterijen

Veel apparaten zijn niet geschikt voor oplaadbare batterijen, omdat deze batterijen ook stroom lekken als ze niet gebruikt worden. Dit wordt ook wel zelfontlading genoemd. Daarom is het in het algemeen beter geen oplaadbare batterijen te gebruiken voor horloges en afstandbedieningen die maar weinig stroom nodig hebben en voor apparaten die niet dagelijks gebruikt worden zoals een zaklantaarn of dicteerapparaat. Niet-oplaadbare batterijen lekken nauwelijks stroom en blijven tot vijf jaar goed als ze niet worden gebruikt. 3.1

Alkalinebatterij

Alkalinebatterijen (zie Figuur 2) zijn de meest gebruikte niet-oplaadbare batterijen. De negatieve pool bestaat uit zinkpoederpasta. Voordeel hiervan is dat dit een groot zinkoppervlak oplevert waardoor deze batterij indien nodig een relatief grote stroomsterkte kan leveren. De positieve pool bestaat uit een laag van mangaanoxide en grafiet. Alkalinebatterijen worden toegepast in onder meer discmans en afstandsbedieningen. Ze hebben grotendeels de vroeger veel gebruikte zinkkoolstofbatterijen vervangen. Hierbij is de anode een zinkbeker en de kathode bruinsteen. De chemische reacties zijn min of meer vergelijkbaar met die van de alkalinebatterij. positieve pool stalen beker separator

0886-0397

bruinsteenmassa (kathode) + pool: 2 MnO2 + 2 H2O + 2 e- � 2 MnO(OH) + 2 OHanodepen zinkpoederpasta (anode) - pool: Zn + 2OH- � ZnO + H2O + 2 e-

deksel

ventiel negatieve pool Overall reactie: 2 MnO2 + Zn + H2O � 2 MnO(OH) + ZnO

Figuur 2. Alkalinebatterij: opbouw en batterijreacties.


tekst_144/205

016


Bron 2 Batterijen

205–6

Batterijen

In de alkalinebatterij zat tot begin jaren negentig ook één procent kwik als stabilisator om de omzetting van zink en water in zinkoxide en waterstof tegen te gaan. Kwik werkt als stabilisator doordat het samensmelt met zink; het ‘veredelt’ zo het zink en onderdrukt de ongewenste vorming van waterstof. Inmiddels is het giftige kwik in alle alkalinebatterijen vervangen door minder giftige stabilisatoren, zoals kleine hoeveelheden bismut, aluminium of calcium. Binnenkort (april 2004) wordt een nieuw type alkalinebatterij geïntroduceerd, de zogenoemde AA-batterij, met Oxyride technologie. Het zijn 1,5 volt wegwerpbatterijen die aanzienlijk meer stroom kunnen leveren, en vooral interessant zijn voor gebruik in energievretende apparaten zoals digitale camera’s met flits. De innovatie van Oxyride zit in het kathodemateriaal en de productiemethode. Het traditionele mangaanoxide is vervangen door een combinatie van mangaanoxide en nikkelhydroxide. De anode is zoals gebruikelijk in de alkalinebatterij van zink. De elektrolytvloeistof wordt onder een tamelijk hoge druk in de batterij gestopt. 3.2

Lithiummangaanoxidebatterij

In opkomst als niet-oplaadbare batterij zijn de lithiummangaanoxidebatterijen (zie Figuur 3) met een hoge energiedichtheid en een groot vermogen. Het grote voordeel van lithium is dat het zowel het lichtste metaal is als de beste reductor, dat wil zeggen: zeer gemakkelijk elektronen afstaat. Hierdoor zijn spanningen tot vier volt te bereiken. negatieve pool

0886-0398

lithiumfolie (anode) - pool: Li � Li+ + eorganische elektrolyt afdichting

steunring

positieve pool

mangaandioxide (kathode) + pool: MnIVO2 + Li+ + e- � Li+MnIIIO2

Overall reactie: MnIVO2 + Li � Li+MnIIIO2

Figuur 3. Lithiummangaanoxidebatterij: opbouw en batterijreacties.


017


Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–7

Bovendien is dit type batterijen lang houdbaar door de zeer geringe zelfontlading. Deze batterij vindt zijn weg vooral naar (digitale) fotoen videocamera’s en andere elektronische en telecommunicatie-apparatuur. 3.3

Zinkluchtbatterij

Voor specifieke toepassingen zijn de zinkluchtbatterijen interessant (zie Figuur 4). Deze knoopcel gebruikt zuurstof uit de lucht als oxidator, waardoor bijna de gehele batterijruimte voor zinkpoeder beschikbaar is. De vloeibare elektrolyt is aanwezig in een poreus plastic materiaal. Dit voorkomt dat de elektrolyt uit de batterij lekt via de kleine openingen in de batterij die nodig zijn om de lucht op te nemen. Bij de kathode wordt de zuurstof gereduceerd. Samen met de waterstofionen uit het zuur in de batterij vormt dit gereduceerde zuurstof water. Zodra de batterij geactiveerd is door lucht toe te laten, begint een continu proces van zelfontlading. Dat maakt deze relatief lichte batterijen alleen geschikt voor apparaten die continu stroom nodig hebben, zoals gehoortoestellen. In een grotere uitvoering worden ze ook gebruikt voor bijvoorbeeld mobiele knipperlichten die automobilisten waarschuwen voor wegwerkzaamheden. 0886-0399

negatieve pool afdichting zinkpoederpasta (anode) - pool: 2 Zn + 4 OH- � 2 Zn(OH)2 + 4 epositieve pool (kathode) + pool: O2 + 2 H2O + 4 e- � 4 OHluchtseparator ventiel opening luchtkathode diffusiefolie metaalgaas (teflon) Overall reactie: 2 Zn + O2 + 2 H2O � 2 Zn(OH)2

Figuur 4. Kleine zinkluchtbatterij: opbouw en batterijreacties.


tekst_144/205


Bron 2 Batterijen

205–8 4.

Batterijen

Kenmerken van oplaadbare batterijen

Bij oplaadbare batterijen is de elektrochemische reactie omkeerbaar door het toevoeren van een tegengestelde stroom. Bij dit opladen van een batterij wordt elektrische energie omgezet in chemische energie, waarbij de oorspronkelijke stoffen weer ontstaan. Batterijen met zink- of lithiumfolie zijn moeilijk langdurig herlaadbaar te maken. Dat komt omdat deze metalen bij het laden dendrieten vormen, kleine metaalnaaldjes. Bij elke oplaadbeurt zouden deze naaldjes langer worden en zo richting de andere elektrode van de batterij groeien. Wanneer ze die bereiken, is dat fataal voor de werking van een batterij. Direct contact tussen beide polen levert immers lokale kortsluiting, waardoor de batterij snel het einde van zijn levensduur bereikt. Bij elektrochemische koppels die geen problemen leveren bij het herladen is energiedichtheid tegenwoordig het toverwoord. Batterijproducenten zijn voortdurend op zoek naar betere materialen voor het elektrochemische koppel om nog meer elektriciteit te kunnen opslaan per kubieke centimeter en/of per kilo. Nikkelcadmiumbatterijen leveren 40 tot 50 Wh per kilo. Een nikkelmetaalhydridebatterij van hetzelfde gewicht levert bijna dubbel zoveel energie, 80 tot 90 Wh/kilo. En de introductie van de lithiumionbatterijen zorgde begin deze eeuw weer bijna voor een verdubbeling tot 150 à 200 Wh/kilo. Daarnaast verbeterde de energiedichtheid ook nog met enkele tientallen procenten door de structuur van een batterij te veranderen. In lithiumionbatterijen in moderne mobiele telefoons zitten namelijk geen compacte elektrodes, maar hele lange dunne folies van slechts 100 tot 200 micron dik. Hierdoor ontstaat een groter contactoppervlak voor de elektrochemische reactie. De elektrodes worden gescheiden door een separator met elektrolyt van slechts enkele tienden van een millimeter dik. In een batterij van één centimeter zitten zo’n twintig lagen op elkaar gevouwen. 4.1

Loodaccu

De loodaccu, de oerbatterij die over de hele wereld bij auto’s als startaccu wordt gebruikt, was de eerste batterij die toegepast werd als


018

019


Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–9

oplaadbare batterij. In geladen toestand bestaat de minpool uit zuiver lood en de pluspool uit loodoxide. Bij het ontladen komen bij de elektrode van zuiver lood elektronen vrij wanneer er loodionen in oplossing gaan. Deze elektroden stromen naar de elektrode van loodoxide. Dankzij deze elektronen gaat daar het vierwaardige lood in het loodoxide in oplossing als het tweewaardige lood in loodsulfaat. De batterijreacties zijn: (� ontladen) Kathode (+ pool): PbO2 + H2SO4 + 2 H+ + 2e- � PbSO4 + 2 H2O Anode (- pool): Pb + H2SO4 � PbSO4 + 2 e- + 2 H+ Overall reactie: PbO2 + Pb + 2 H2SO4 � 2 PbSO4 + 2 H2O 4.2

Nikkelcadmiumbatterij

Een nikkelcadmiumbatterij (zie Figuur 5) heeft een kathode van nikkeloxyhydroxide, een anode van cadmium en als elektrolyt een oplossing van kaliumhydroxide. Bij de ontlading ontstaat Cd(OH)2 en Ni(OH)2, bij het opladen worden weer zuiver cadmium en NiOOH gevormd. positieve pool ventiel afdichting

0886-0400

aansluitstrip separator cadmium (anode) - pool: Cd +2OH- � Cd(OH)2 + 2 enikkelhydroxide (kathode) + pool: NiO(OH) + H2O + e- � Ni(OH)2 + OH-

negatieve pool Overall reactie: Cd + 2 NiO(OH) + 2 H2O � Cd(OH)2 + 2 Ni(OH)2

Figuur 5. Nikkelcadmiumbatterij: opbouw en batterijreacties.


tekst_144/205


Bron 2 Batterijen

205–10

Batterijen

Nikkelcadmiumbatterijen kunnen hoge stroomsterktes leveren en dat maakt ze geschikt voor gebruik in zware apparaten zoals boormachines. Ze zijn ook relatief goedkoop. Nadeel is dat ze het milieuonvriendelijke cadmium bevatten, een metaal dat zich bij mensen kan ophopen in de nieren en daar blijvende schade kan aanrichten. Daarnaast heeft dit type batterij een relatief lage energiedichtheid. Types met gesinterd nikkel, waarbij het nikkel een sponsachtig oppervlak heeft, hebben bovendien last van het geheugeneffect. Hierdoor kan een batterij die regelmatig opnieuw opgeladen wordt voordat hij echt leeg is, op een gegeven moment niet meer helemaal ontladen worden. Een deel van de cadmiumelektrode wordt dan namelijk inactief doordat de porositeit afneemt (door het ontstaan van grotere cadmiumdeeltjes). 4.3

Nikkelmetaalhydride

De nikkelmetaalhydridebatterij is de milieuvriendelijkere opvolger van de nikkelcadmiumbatterij en is een keer of duizend op te laden zonder dat hij last heeft van het geheugeneffect. In de nikkelmetaalhydride batterij vinden de volgende reacties plaats: (waarbij � ontladen) Kathode (+ pool): NiO(OH) + H2O + e- � Ni(OH)2 + OHAnode (- pool): MH + OH- � M + H2O + eOverall reactie: NiO(OH) + MH � Ni(OH)2 + M Nikkel is de positieve elektrode en als negatieve elektrode is cadmium vervangen door een metaallegering die waterstof loslaat of absorbeert. De legering kan bijvoorbeeld bestaan uit een mengsel van nikkel en magnesium of nikkel en een lanthanide. Als elektrolyt wordt gekozen voor een geconcentreerde kaliumhydroxideoplossing. Er vindt nog altijd onderzoek plaats naar het metaalmengsel dat het meeste waterstof kan absorberen. Meer waterstof betekent immers dat de batterij per laadcyclus meer energie kan opslaan.


020

021


Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–11

4.4

Lithiumionbatterij

De lithiumionbatterij (zie Figuur 6) kwam eind jaren negentig op de markt en zit tegenwoordig in bijna elke mobiele telefoon, vanwege zijn hoge energiedichtheid. Het lithium is in deze batterij niet als metaalfolie aanwezig, maar is opgenomen in koolstof. Zo werd het mogelijk om de vorming van metaalnaaldjes te voorkomen bij het opladen van de batterij. Qua gewichtspercentage bevat dit type batterij slechts zo’n twee procent lithium. 0886-0401

negatieve pool ventiel aansluitstrip

afdichting deksel

grafietmassa (anode) - pool: C6Lix � C6 + x Li+ + x e-

separator

positieve pool

lithiumverbindingen (kathode) + pool: Li1-xCoO2 + x Li+ + x e- � LiCoO2

Overall reactie: Li1-xCoO2 + C6Lix � LiCoO2 + C6

Figuur 6. Opbouw van een lithiumionbatterij: opbouw en batterijreacties.

De negatieve elektrode bestaat uit poreus koolstof. Tijdens het laden worden de poriën van de koolstofelektrode negatief geladen en kruipen de positief geladen lithiumionen in deze poriën. Tijdens het ontladen migreren de lithiumionen naar de positieve elektrode van kobaltof mangaanoxide en gaan daar een binding aan met het kobaltof mangaanoxide. Tijdens het laden wordt het lithium in LiCoO2 vervolgens weer geïoniseerd. In feite jojoën de lithiumionen tussen de twee elektrodes heen en weer, steeds als de batterij beurtelings wordt ontladen en weer wordt opgeladen. Om die reden wordt de lithiumionbatterij ook wel eens een swing-batterij genoemd. De capaciteit van dit type batterij is


tekst_144/205

022


Bron 2 Batterijen

205–12

Batterijen

afhankelijk van de hoeveelheid lithiumionen die door de poriën van de koolstofelektrode reversibel kunnen worden opgenomen. De elektrolyt mag in een lithiumionbatterij geen water bevatten, omdat lithium erg reactief is als het in contact met water komt. Bij contact met water vormt het vrijwel direct lithiumhydroxide waarbij eenmalig veel warmte vrijkomt. Als vloeibare elektrolyt in lithiumionbatterijen worden daarom lithiumfluorzouten in een organische elektrolyt gebruikt, zoals propyleencarbonaat, ethyleencarbonaat of dimethylcarbonaat (zie Figuur 7). Deze organische vloeistoffen zijn te gebruiken tussen de -20 en +60 °C. 0886-0402

H3C a

O

C

O

H CH CH2 O

CH3

O

H3C CH

O

O

C b

O

CH2 O C

c

O

Figuur 7. Structuurformules van de organische elektrolyten dimethylcarbonaat (a), ethyleencarbonaat (b) en propyleencarbonaat(c).

In Japan zijn ook al lithiumionbatterijen op de markt waarbij de organische vloeibare elektrolyt vervangen is door een polymeer. Om welke polymeren het gaat is fabrieksgeheim. Wel is duidelijk dat het lastig is om goede polymeren te vinden die zowel voldoende ionen geleiden als stabiel zijn als ze in contact komen met de elektroden. Gebruik van polymere elektrolyt in plaats van vloeibare elektrolyt vereenvoudigt het productieproces. Het polymeer kan namelijk direct mee worden meegerold tussen de elektrodes en hoeft niet later apart te worden opgezogen in een laag poreus plastic. Bovendien kan bij beschadiging van de batterij geen vloeistof vrijkomen. 5.

Veiligheidsmechanismen

Bij kortsluiting kan zoveel warmte vrijkomen dat de elektrolyt verdampt, als het een vloeistof is, of ontleedt, als het om een polymeer



023

Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–13

gaat. In beide gevallen vindt er gasontwikkeling plaats. Om in zo’n geval ontploffing te voorkomen, hebben moderne batterijen een overdrukventiel, een klein kogeltje met een veertje dat bij een bepaalde overdruk gas naar buiten laat. Daarnaast is nog een aantal aanvullende veiligheidsmechanismen ingebouwd die onafhankelijk van elkaar functioneren en bescherming bieden als het ventiel onverhoopt toch niet zou werken. Eén daarvan is een hogestroombeveiliging. Een bimetaal bestaande uit twee metalen met een verschillende uitzettingscoëfficiënt trekt bij te hoge stroom krom waardoor het circuit onderbroken wordt. In mobiele telefoons wordt bovendien de hoogte van de spanning tijdens het opladen van de batterij via ingebouwde software bewaakt. Soms is deze software ingebouwd op een klein chipje in de batterij zelf. Fabrikanten werken nu aan een vierde veiligheidsmechanisme dat een inherente veiligheid moet leveren. Het gaat om een combinatie van chemische stoffen in de elektrolyt die polymeriseren als de temperatuur toeneemt, waarbij de weerstand toeneemt en de stroom stopt. Het is echter lastig om stoffen te vinden met deze eigenschap die niet tegelijkertijd de oplaadbaarheid van de batterij verslechteren. 6.

Wetgeving

6.1

Kwikgebruik

De Nederlandse overheid heeft afgelopen tien jaar via wetgeving fabrikanten van batterijen gedwongen het kwikgebruik te minimaliseren met steeds strengere regelgeving. Vanaf 1 januari 2000 mogen alkalinebatterijen niet meer dan 0,0005 gewichtsprocent kwik bevatten. Voor knoopcellen geldt een uitzondering, een maximum van twee gewichtsprocent. 6.2

Besluit ‘beheer batterijen’

Eind jaren tachtig werd bekend dat ingezamelde batterijen uit Nederland op stortplaatsen in de toenmalige DDR belandden. Sinds 1 januari 1990 is dit verboden. Er is toen op de Maasvlakte een speci-


tekst_144/205


Bron 2 Batterijen

205–14

Batterijen

aal C2-deponie ingericht, een goed van de omgeving afgeschermde bak waar de batterijen in gedumpt werden. Via een convenant wilde de overheid vervolgens fabrikanten stimuleren de metalen uit de afgedankte batterijen te recyclen. In 1994 kregen fabrikanten en importeurs, verenigd in de Nefibat, de opdracht een verwijderingplan te maken voor 1 januari 1995. Indien Nefibat deze opdracht niet zou volbrengen, zou de overheid de invoering van een statiegeldsysteem opleggen. Het resulteerde in het Besluit ‘beheer batterijen’ dat op 10 maart 1995 in werking is getreden. In dit besluit is onder meer opgenomen dat diegene die als producent of importeur batterijen of producten met batterijen als eerste op de Nederlandse markt brengt, verplicht is maatregelen te nemen. Zo’n producent of importeur moet ervoor zorgen dat de batterijen die zij verkopen “na gebruik worden ingenomen en worden verwerkt met het oog op hergebruik”. De uitvoering van dit convenant kwam in handen van de Stichting Batterij (Stibat). Geld voor de uitvoering komt uit de verwijderingsbijdrage die consumenten voor hun batterijen zijn gaan betalen. Tot slot moet sinds 1 juli 1995 de verpakking, van alle batterijen die in Nederland op de markt worden gebracht, voorzien zijn van een kca-logo voor klein chemisch afval. Dit logo geeft aan dat consumenten de batterijen niet in de gewone vuilnisbak mogen gooien. 7.

Recycling

De Stichting Batterij zamelt jaarlijks bijna tweeduizend ton batterijen in via een landelijk netwerk van inzamelpunten. Op een centrale plaats in Nederland worden de ingezamelde batterijen vervolgens gesorteerd en naar diverse fabrieken in Nederland en andere landen in West-Europa getransporteerd voor recycling. Bij recycling gaat het om de terugwinning van de metalen waar batterijen voor 60 tot 80 procent uit bestaan. Volgens de Stichting Batterij levert de totale batterijrecycling momenteel een energiebesparing op die is te vergelijken met het jaarlijkse gasverbruik van 223 huishoudens. De kwikvrije zinkkoolstofbatterijen (met een zinkbeker als anode en een kathode van bruinsteen) blijven in Nederland. De firma Nedstaal in Alblasserdam voegt bij de productie van staal uit schroot maximaal


024


025

Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–15

0,8 procent kwik- en cadmiumarme batterijen toe. Het staalschroot en de batterijen worden gesmolten bij een temperatuur van ongeveer 1600 °C . Het toegevoegde ijzer uit de batterijen komt in het staal terecht en de organische en/of koolstofhoudende componenten vervangen gedeeltelijk de toevoeging van koolstofdragers als energiebron. Daarnaast lost de koolstof uit de batterijen op in vloeibaar staal en verlaagt zo het smeltpunt van staal. Oxidatie van het via de batterijen toegevoegde zink levert bovendien extra energie op tijdens het smeltproces. Alkalinebatterijen en mengsels met zowel alkaline- als zinkkoolstofbatterijen gaan naar het bedrijf Valdi in Frankrijk dat ferromangaan en zinkoxide produceert met als enige grondstof batterijen. Net als bij Nedstaal worden de batterijen gesmolten bij een temperatuur van 1600 °C. Organische componenten zoals papier, plastics en teer verbranden bij die temperatuur geheel. Het zink verdampt, wordt geoxideerd tot zinkoxide en met de gasstroom afgevoerd naar de gasfilters. Mangaan en ijzer worden in ferromangaanstaven gegoten. Andere Franse bedrijven winnen via vergelijkbare smeltprocedures ferronikkel en cadmium terug uit nikkelcadmium- en nikkelmetaalhydridebatterijen, waarbij cadmium in vacuüm geprecipiteerd (gebonden en neergeslagen) wordt. Uit lithiumionbatterijen worden in Frankrijk alleen nog kleine fracties kostbare metalen teruggewonnen, waaronder kobalt. Slecht sorteerbare batterijen waar mogelijk kwik in zit, gaan naar Zwitserland waar diverse metalen teruggewonnen worden en de kwikdamp veilig verwerkt kan worden. 8.

Nieuwe ontwikkelingen

8.1

Bussen en auto’s op batterijen

De toename van de energiedichtheid van batterijen maken ze ook interessanter voor toepassingen in voertuigen. Om een auto alleen op batterijen te laten rijden is echter het benodigde gewicht aan batterijen nog steeds te groot. Daarnaast duurt het opladen van een batterij veel langer dan het tanken van bijvoorbeeld benzine. Meer succesvol lijken de hybride elektrische voertuigen met een verbrandingsmotor en een batterij. De verbrandingsmotor zorgt, eenvou-


tekst_144/205


Bron 2 Batterijen

205–16

Batterijen

dig gezegd, voor het gemiddeld benodigd vermogen om te rijden, terwijl de batterij de extra energie levert die nodig is bij bijvoorbeeld accelereren en inhalen. Daarnaast wordt de batterij gebruikt voor opslag van energie die vrijkomt bij remmen, waarbij de elektromotor werkt als generator. Op deze manier kan de verbrandingsmotor op een constant optimaal vermogen draaien, waarbij de brandstof zo efficiënt mogelijk wordt omgezet in energie en de uitstoot van vervuilende stoffen minimaal is. Vooral in grote steden met serieuze luchtverontreinigingproblemen kan een hybride bus of hybride auto aantrekkelijk zijn. In Eindhoven rijdt al een prototype van een hybride elektrische bus met nikkelmetaalhydridebatterijen en binnenkort gaan er meer dan tien rijden. Verder hebben Honda en Toyota al hybride personenauto’s op de markt gebracht met nikkelmetaalhydridebatterijen. Naast nikkelmetaalhydridebatterijen worden ook lithiumionbatterijen voor dit soort toepassingen ontwikkeld en getest in voertuigen. Toepassing in commerciële voertuigen is in een beginstadium. Verder wordt al een aantal jaren gewerkt aan de ontwikkeling van natrium-nikkelchloridebatterijen voor (hybride) elektrische voertuigen. Deze batterij heeft een relatief hoge energiedichtheid van ongeveer 100 Wh/kilo, maar werkt pas bij 300 °C. Daarom is dit nieuwe type batterij, dat nog niet op de markt is, vooral interessant voor voertuigen die bijna altijd in gebruik zijn, zoals bestelauto’s. Dan hoeft de batterij slechts eenmaal via een verwarmingselement opgewarmd te worden. Daarna is de warmte van de motor genoeg om de temperatuur op niveau te houden. Bij 300 °C kunnen in het vloeibare natrium natriumionen gevormd worden, iets wat bij lagere temperaturen en in water niet mogelijk is. Een keramische elektrolyt van aluminiumoxide, die er uitziet als een dikke pvc-buis, laat de natriumionen door op hun weg naar de nikkelchloride-elektrode. 8.2

Batterijen als buffer in het elektriciteitsnetwerk

Grootschalige introductie van duurzame energie zoals zonne- en windenergie kan ook ondersteund worden door batterijen. Die kunnen bij piekproductie elektriciteit opslaan en bij piekvraag juist elek-


026

027


Bron 2 Batterijen

Batterijen 205–17

triciteit leveren. Zo zijn fluctuaties in vraag en aanbod beter op te vangen. TNO denkt dat batterijen ook een relatief goedkope oplossing kunnen vormen op plaatsen waar het ondergrondse elektriciteitsdistributienetwerk zijn capaciteitsgrenzen bijna bereikt heeft. Het uitgangspunt is dat elektriciteitscentrales buiten de piekuren goedkope elektriciteit aanbieden, die bedrijven afnemen en opslaan in batterijen. Op die manier hebben ze op piekmomenten extra elektriciteit beschikbaar, zonder dat er dure extra ondergrondse elektriciteitskabels aangelegd hoeven te worden. 8.3

Brandstofcel als mogelijke opvolger van de batterij

Microbrandstofcellen die energie halen uit de reactie tussen waterstof en zuurstof zijn in theorie aantrekkelijk als mobiele krachtbron. Theoretisch hebben ze namelijk een hoge energiedichtheid van 1000 Wh/kilo, terwijl de beste batterij nu niet boven de 200 uitkomt. Groot probleem is echter de werktemperatuur van de daarvoor in ontwikkeling zijnde polymere brandstofcellen (70 à 80 °C). Bij lagere temperaturen leveren ze minder vermogen, waardoor ze aan aantrekkelijkheid inleveren. Er is nog veel technologische ontwikkeling nodig om daadwerkelijk een hogere energiedichtheid te bereiken dan met lithiumionbatterijen mogelijk is.


tekst_144/205


Bron 2 Batterijen

205–18

Batterijen

9.

Literatuur en websites

-

C. Jongeneel, Batterij is blok aan het been, Natuurwetenschap & Techniek, 71e jaargang, 2003, nr. 11, 88-89. B. Scholtens, Mobieltje kán soms ontploffen, Volkskrant, 15-10-2003, 17. R. Knoppers, Gasvorming in batterij GSM, NRC Handelsblad, 14-10-2003, 12. F.A. Brockhaus, Zo werkt dat!; de techniek van vandaag, Uitgeverij Het Spectrum, Utrecht, 2003, ISBN 90 274 7907 0. B. van Oosterhout, De onstilbare honger naar slimmere batterijen, Intermediair, 24-1-2002. M. Dees, Techniek in woord en beeld; een volledig overzicht van wat ons aan techniek omringt, Uitgeverij Het Spectrum, Utrecht, tweede druk 1994, ISBN 90 274 3068 3. G.C.J. Rouweler, Batterijen, Chemische Feitelijkheid 92, november 1992.

-

Internet -

Stichting Batterij: http://www.stibat.nl Europese en Nederlandse wetgeving: http://www.eu-milieubeleid.nl/ch05s11.html Milieueffectrapport landelijk afvalbeheersplan, achtergronddocument over batterijen: http://www.aoo.nl/images1/aoo_nl/bestanden/A05_batterijen.pdf General information: http://home.howstuffworks.com/battery.htm en http://auto.howstuffworks.com/hybrid-car.htm


028


Bron 2 Batterijen

205–10

Batterijen

Nikkelcadmiumbatterijen kunnen hoge stroomsterktes leveren en dat maakt ze geschikt voor gebruik in zware apparaten zoals boormachines. Ze zijn ook relatief goedkoop. Nadeel is dat ze het milieuonvriendelijke cadmium bevatten, een metaal dat zich bij mensen kan ophopen in de nieren en daar blijvende schade kan aanrichten. Daarnaast heeft dit type batterij een relatief lage energiedichtheid. Types met gesinterd nikkel, waarbij het nikkel een sponsachtig oppervlak heeft, hebben bovendien last van het geheugeneffect. Hierdoor kan een batterij die regelmatig opnieuw opgeladen wordt voordat hij echt leeg is, op een gegeven moment niet meer helemaal ontladen worden. Een deel van de cadmiumelektrode wordt dan namelijk inactief doordat de porositeit afneemt (door het ontstaan van grotere cadmiumdeeltjes). 4.3

Nikkelmetaalhydride

De nikkelmetaalhydridebatterij is de milieuvriendelijkere opvolger van de nikkelcadmiumbatterij en is een keer of duizend op te laden zonder dat hij last heeft van het geheugeneffect. In de nikkelmetaalhydride batterij vinden de volgende reacties plaats: (waarbij � ontladen) Kathode (+ pool): NiO(OH) + H2O + e- � Ni(OH)2 + OHAnode (- pool): MH + OH- � M + H2O + eOverall reactie: NiO(OH) + MH � Ni(OH)2 + M Nikkel is de positieve elektrode en als negatieve elektrode is cadmium vervangen door een metaallegering die waterstof loslaat of absorbeert. De legering kan bijvoorbeeld bestaan uit een mengsel van nikkel en magnesium of nikkel en een lanthanide. Als elektrolyt wordt gekozen voor een geconcentreerde kaliumhydroxideoplossing. Er vindt nog altijd onderzoek plaats naar het metaalmengsel dat het meeste waterstof kan absorberen. Meer waterstof betekent immers dat de batterij per laadcyclus meer energie kan opslaan.


029

030


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

Batterijen

092–1

Batterijen door dr. G. C. J. Rouweler Philips Lighting BV Eindhoven

1. 2. 3. 4. 5. 6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 7. 7.1. 7.2. 8. 9. 10.

Inleiding Soorten batterijen Werking Samenstelling Toepassingen Milieuproblemen Kwik Cadmium Lood Zink en mangaan Regelingen Gedragscodes De EG Batterijen Richtlijn Recycling Ontwikkelingen Literatuur

4 Chemische feitelijkheden

november 1992

092– 3 092– 3 092– 4 092– 5 092– 7 092– 8 092– 8 092– 8 092– 9 092– 9 092– 9 092– 9 092–10 092–11 092–12 092–12

tekst/092

031


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

Batterijen

1.

092–3

Inleiding

Batterijen zijn verplaatsbare bronnen van elektriciteit, die toegepast worden waar geen toegang tot het elektrische net aanwezig is of waar onderbrekingen in de netstroom overbrugd moeten worden. De elektrische energie wordt vrijgemaakt door een elektro-chemische reactie. Hiervoor komen talloze combinaties van chemicaliën in aanmerking. De verschillende gebruikersspecificaties zoals energiedichtheid, stroomdichtheid, zelfontlading, herlaadbaarheid en lekvrijheid bepalen, afhankelijk van de toepassing, de keuze. In de praktijk betekent dit dat stoffen als zink, bruinsteen, lood, cadmium, nikkel, kwik, maar ook lithium en zilver worden gebruikt. Bij het ongecontroleerd afdanken van batterijen komen deze stoffen tussen het andere afval, hetgeen tot ongewenste verspreiding van ecotoxische zware metalen in het milieu kan leiden. Een in 1991 aangenomen Richtlijn van de EG verplicht de lidstaten maatregelen ten aanzien van kwik-, cadmium- en loodhoudende batterijen te nemen. Batterijfabrikanten hebben door ontwerpaanpassingen of de introductie van nieuwe types inmiddels de toepassingen van kwik drastisch beperkt. De recente politiek om de afvalstroom beheersbaar te maken leidt tot het gescheiden inzamelen van afgedankte produkten. Door een wetsbesluit vallen de bedrijfsmatig afgedankte batterijen onder de Wet op het chemisch afval. Consumentenbatterijen vallen onder de Regeling klein chemisch afval (KCA). In Nederland wordt momenteel circa 55 % van de circa 110 miljoen jaarlijks verkochte batterijen ingezameld. 2.

Soorten batterijen

De meeste batterijen voor consumententoepassingen vallen onder de categorie primaire batterijen. De bekendste zijn de zink-bruinsteenbatterijen, of Leclanchés, en de alkaline batterijen. Verder zijn er onder meer kwikoxide-, zink-lucht- en zilveroxide-batterijen, die vooral in knoopcellen worden toegepast. Lithium-systemen vindt men vooral in knoop- en staafvorm. Primaire batterijen kunnen hun chemische energie slechts éénmaal in elektriciteit omzetten en worden zodra ze „leeg” zijn afgedankt. 4 Chemische feitelijkheden

november 1992

tekst/092

032


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

092–4

Batterijen

Secundaire batterijen kunnen met een oplaadapparaat talloze malen worden herladen. De elektrochemische reactie is bij deze batterijen namelijk omkeerbaar. Wanneer een elektrische stroom in omgekeerde richting aan de batterij wordt toegevoerd, wordt elektrische energie in chemische energie omgezet waarbij de oorspronkelijke stoffen weer teruggevormd worden. Hiervoor wordt een oplaadapparaat gebruikt. De batterij is daarna gereed voor een volgende ontlaadcyclus. Secundaire batterijen worden ook wel accumulatoren of kortweg accu’s genoemd. De bekendste secundaire systemen zijn loodaccu’s en nikkelcadmium-cellen. Deze laatste zijn sterk in opkomst. 3.

Werking zink

koper

batterijdeksel

0886-036

batterijhouder

zwavelzuur

separator

Figuur 1.

Principe van batterijwerking in het Zn/Cu/H2SO4-systeem.

De werking van een batterij kan worden uitgelegd aan het voorbeeld van het koper-zink-(verdund)zwavelzuur-systeem. Koper- en zinkstaven, de elektrodes, zijn gedompeld in het elektroliet (zwavelzuur). Zolang de elektroden niet via een externe geleider zijn verbonden, gebeurt er niet veel. Wordt deze verbinding gemaakt, dan begint zink op te lossen waarbij zink-ionen in oplossing gaan en elektronen via de geleider naar de koperstaaf stromen. Bij de koperstaaf combineren deze elektronen met waterstof-ionen tot waterstofgas. Het netto effect van de elektriciteitsproduktie is de oxidatie van zink tot


november 1992

tekst/092

033


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

Batterijen

092–5

zinksulfaat en de reductie van waterstofionen tot waterstof. Dit laatste maakt overigens dit systeem zeer ongeschikt voor de praktijk (zie hierna). Batterijen zijn in principe alle opgebouwd uit een oxidator en een reductor, gescheiden door een elektroliet. Zowel in Leclanchés als in alkalines is zink de reductor en bruinsteen (mangaandioxide) de oxidator. Het verschil is dat de alkalines zink in poedervorm bevatten en kaliloog als elektroliet, terwijl bij de Leclanche´s dit respectievelijk een zinkbeker is en een ammonium- chloride- of zinkchloride-oplossing. Het grote specifieke zinkoppervlak van de alkaline batterij laat een flinke stroomproduktie toe, hetgeen deze batterij vooral geschikt maakt voor het aandrijven van motoren. Beide systemen moeten echter beschermd worden tegen de sluipende omzetting van zink en water in zinkoxide en waterstof. Dit gas veroorzaakt een drukopbouw binnen de hermetisch gesloten batterij, waardoor lekkage van het agressieve elektroliet kan ontstaan. Kwik amalgameert met zink en „veredelt” het zodanig dat dit ongewenste proces wordt onderdrukt. Dit verklaart waarom alkalines ooit circa 1 % en Leclanchés circa 0,01 % kwik als stabilisator hebben bevat. Inmiddels heeft men hiervoor andere oplossingen gevonden. Veel andere batterijtypen hebben evenals de alkaline batterij een anode bestaande uit zinkpoeder (zie tabel). Dit materiaal wordt bij stroomafgifte omgezet in zinkoxide. Echter de kathode is verschillend en kan bijvoorbeeld uit kwikoxide of zilveroxide bestaan. Tijdens stroomdoorgang ontstaan hieruit de respectievelijke metalen. Bij de zink-lucht-cel is lucht-zuurstof de oxidator. Dit betekent dat vrijwel de hele batterijruimte voor het zinkpoeder beschikbaar is. Een nadeel van dit type batterij is, dat zodra deze geactiveerd is door de toegang tot de lucht te openen, een proces van zelfontlading begint waarbij de batterij in enkele maanden leegloopt. Deze batterij is daardoor alleen geschikt voor continu-bedrijf, bijvoorbeeld in hoortoestellen.


november 1992

tekst/092

034


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

092–6

Batterijen

0886-038

+

positief contact buitenmantel isolatiehuls positieve elektrode (bruinsteenpoeder) negatieve elektrode (zinkpoeder) stroomgeleider separator + elektroliet batterijbus

pakkingring

bodemplaat, negatief contact

Figuur 2.

4.

Opbouw van een alkaline batterij.

Samenstelling

Vanuit een milieustandpunt is het zinvol om een indeling te maken naar het voorkomen van ecotoxische stoffen in de batterijen. Batterijen die deze stoffen in significante hoeveelheid bevatten, vallen onder de EG-Richtlijn, dit zijn: kwikoxide-batterijen, nikkelcadmium-cellen en loodaccu’s. In deze typen zijn kwik, cadmium en lood in hoeveelheden van tientallen procenten aanwezig, omdat ze de elektro-chemisch actieve stof vormen. De overige batterijen bevatten deze stoffen niet of in geringe hoeveelheden. Een overzicht


november 1992

tekst/092

035


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

Batterijen

092–7

van het metaalgehalte van consumentenbatterijen is vermeld in de tabel. De individuele samenstelling kan, afhankelijk van het formaat en het merk, enigszins van de tabelwaarde afwijken. Tabel. Metaalgehalte van batterijen in procenten.

zink-bruinsteen alkaline kwikoxide2 alkaline2 zilveroxide2 zink-lucht2 nikkel-cadmium lood 1 2

zink

mangaan

ijzer1

kwik

20 16 13 10 10 30

15 23 3 20 3 0,1

15-20 20-30 20-35 30-40 35-45 40-60 20-30

0-0,01 0-0,02 0-0,025 30-40 0,5 0,5 0,5 15-20

cadmium lood 0,05 0,01 0,01 0,01

60-80

nikkel zilver

0,5 2 3 3 2 25

30

In omhulling. Knoopcellen.

Andere materialen die in batterijen voorkomen zijn: koolstof, teer, plastic, koper, water, kaliloog, chloride en polymeren. Lithium-batterijen bevatten circa 1-5 % lithium. 5.

Toepassingen

Consumentenbatterijen, zowel primaire als secundaire, worden in een beperkt aantal uitvoeringen in de vorm van cilinders, knoopjes en blokken geleverd, omdat de meeste onderling uitwisselbaar zijn op grond van hun gebruiksspanning (ca. 1,2 volt). Ondanks deze uiterlijke gelijkenis hebben de diverse typen verschillende eigenschappen qua capaciteit, stroomafgifte, duurzaamheid tijdens opslag of rustperiodes, omgevingsgevoeligheid, etcetera. De gebruiker bepaalt zijn keuze op grond van deze eigenschappen en vanwege de prijs. De zink-bruinsteen-batterijen en alkaline batterijen gebruikt men onder andere in draagbare audio-apparatuur, speelgoed en zaklantaarns. In dit marktsegment worden de herlaadbare nikkelcadmium-batterijen uit economische overwegingen vooral toegepast bij een hoge gebruiksintensiteit. 4 Chemische feitelijkheden

november 1992

tekst/092

036


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

092–8

Batterijen

Knoopcellen zijn er voor horloges, fototoestellen, rekenmachientjes, spelletjes en PC’s, waarbij zink-lucht-cellen specifiek gebruikt worden voor hoorapparaten evenals kwikoxidecellen, die daarnaast ook toepassing vinden in meetapparatuur. Een derde belangrijk toepassingsgebied vormen de in apparaten ingebouwde secundaire batterijen voor hobby- en doe-het-zelf-apparaten, keukentoestellen, scheerapparaten, laptops en dergelijke. De batterijen zijn vaak onderling verbonden in groepen, zogenaamde packs, waarvan de constructie specifiek is voor het apparaat in kwestie. Problemen hierbij zijn dat de gebruiker niet weet dat in de apparatuur accu’s aanwezig zijn en dat het apparaat veelal gedemonteerd moet worden om de batterijen eruit te nemen. 6. 6.1.

Milieuproblemen Kwik

In de jaren tachtig werden de milieuproblemen rond batterijen vooral geassocieerd met hun inhoud aan ecotoxische stoffen, met name kwik (zie Chemische feitelijkheden 008). De vrees was dat dit element via het afval in het oppervlaktewater terecht zou komen, vervolgens in de voedselketen zou belanden en aldus bij visconsumenten de beruchte Minamata-verschijnselen zou veroorzaken. Minamata is de naam van een Japanse baai waar vis gevangen werd met een hoog kwikgehalte. De plaatselijke bevolking kreeg allerlei vergiftigingsverschijnselen. De batterij-industrie zette een groot onderzoekprogramma op om kwik als stabilisator te elimineren en vervangende produkten voor kwikoxide-batterijen te leveren. Dit had tot gevolg dat de verspreiding van kwik via batterijen in Europa drastisch afnam van circa 270 ton (alkalines: 200 t) in 1985 tot circa 80 ton (alkalines 15 t) in 1991. 6.2.

Cadmium

Bij cadmiumopname kan accumulatie in de nieren optreden waarbij deze blijvend worden beschadigd (zie Chemische feitelijkheden 007). Inmiddels is vanaf circa 1985 de verkoop van gesloten 4 Chemische feitelijkheden

november 1992

tekst/092

037


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

Batterijen

092–9

nikkel-cadmium-batterijen sterk toegenomen. De totale omzet kan door de veelheid van leveranciers moeilijk geschat worden, maar wordt voor Europa begroot op 2500 ton cadmium voor apparaatgebonden batterijen en circa 750 ton cadmium in losse consumentenbatterijen. Omdat de meeste in de loop der jaren verkochte batterijen door hun lange gebruiksduur nog steeds niet afgedankt zijn, is het zaak spoedig een effectieve inzameling en verwerking van deze batterijen te organiseren. 6.3.

Lood

Gesloten loodaccu’s worden op bescheiden schaal ingebouwd in apparaten. Hierbij doet zich dezelfde inzamelingsproblematiek voor als bij de nikkel-cadmium-batterijen. De verspreiding van lood langs deze weg heeft echter weinig betekenis in vergelijking met andere loodbronnen (open accu’s, glas, munitie, benzine). Voor de gevaren van lood voor mens en milieu: zie Chemische feitelijkheden 004. 6.4.

Zink en mangaan

Zink en mangaan zijn hoofdbestanddelen van batterijen maar vormen zowel door hun hoeveelheid als door hun geringe ecotoxiciteit geen bedreiging voor het milieu. Dit is onder meer aangetoond in studies waarin de verspreidingswegen van deze elementen, wanneer ze tussen het huisvuil geraken, zijn geanalyseerd. 7. 7.1.

Regelingen Gedragscodes

In Nederland zijn in de loop der jaren drie gedragscodes afgesloten tussen de overheid en de batterijleveranciers, waarvan de eerste twee inmiddels bevredigend zijn beëindigd. De kwikoxide-gedragscode van 1 november 1985 beoogde een conversie naar zink-lucht-cellen te bewerkstelligen voor hoortoestellen die zich daar toe lenen en de levering voor andere toepassingen tegen te gaan. Dit heeft sedert 4 Chemische feitelijkheden

november 1992

tekst/092

038


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

092–10

Batterijen

1985 de omzet van kwik voor kwikoxide-batterijen met circa 70 % doen afnemen. In de alkaline-gedragscode werd overeengekomen om in de jaren 1986 tot 1990 het kwikgehalte terug te brengen van 1 % tot 0,15 %. Inmiddels zijn reeds kwik-vrije alkalines op de markt. Per 1993 zullen alle types kwik-vrij zijn, met uitzondering van de knoopcellen. De nikkel-cadmium-gedragscode werd afgesloten op 30 mei 1989. Deze overeenkomst past binnen het Cadmiumbesluit van 12 oktober 1990 (Staatsblad 1990, 538). Per eind 1991 moest een 80 %-inzamelingspercentage voor de afgedankte kleine gesloten types zijn bereikt. Een evaluatie van die doelstelling heeft nog niet plaatsgevonden. 7.2.

De EG Batterijen Richtlijn

De op 18 maart 1991 aangenomen EG Batterijen Richtlijn (91/157/ EEG) schrijft voor dat de lidstaten de inzameling en herverwerking van kwik-, cadmium- en lood-houdende batterijen (vanaf een zekere grenswaarde) in hun wetgeving moeten opnemen. De fabrikanten moeten deze batterijen en de apparaten waarin ze ingebouwd zijn, van een merkteken voorzien. Zonodig kan een toeslag op de prijs worden gelegd om de inzamelen verwerkingskosten te dekken of een statiegeld worden geheven om inzameling te bevorderen. In Nederland is een wetgeving van kracht – het Besluit aanwijzing chemische afvalstoffen van 21 mei 1991 – waarmee alle bedrijfsmatig afgedankte batterijen ongeacht hun samenstelling als chemisch afval worden aangemerkt. Alle soorten consumentenbatterijen worden via gemeentelijke Klein Chemisch Afval (KCA)-systemen ingezameld en tijdelijk bij de Afvalverwerking Rijnmond (AVR) in een C2-deponie opgeslagen in afwachting van een geschikte verwerkingsmogelijkheid. Om uitvoering te geven aan de ministeriële notitie inzake preventie en hergebruik van afvalstoffen van oktober 1988 is inmiddels, na uitvoerig overleg tussen overheid en het betrokken bedrijfsleven, een implementatieplan opgesteld om in het jaar 2000 over een volledige inzameling en verwerking van alle types batterijen te beschikken. Een nadere detaillering van de diverse acties naar de partijen moet nog worden uitgewerkt. 4 Chemische feitelijkheden

november 1992

tekst/092

039


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

Batterijen

8.

092–11

Recycling

Recycling wordt toegepast ter vermindering van de afvalhoeveelheid, om het milieu tegen ecotoxische stoffen te beschermen of te besparen op eindige grondstoffenvoorraden. Verder gelden er overwegingen van technische en economische aard. Voor de batterijen die onder de EG-Richtlijn vallen, kwikoxide-batterijen, nikkel-cadmium-batterijen en loodaccu’s, zijn in Europa faciliteiten operationeel, evenals voor zilveroxide-cellen. Voor de qua volume verreweg grootste groep, de zink-bruinsteen-batterijen en alkaline batterijen, bestaan die nog niet. Wel zijn er bedrijven waar kleinschalige herverwerking in opbouw is. De Zwitserse firma Batrec begint met een sorteerstap voor niet-zink-batterijen. Dan volgt het Sumitomoproces waarbij in de eerste stap zink door destillatie wordt afgescheiden en vervolgens door reductie met koolstof bij hoge temperatuur een mangaan-ijzer-fractie wordt verkregen. Bij het eveneens Zwitserse Recytec worden ongesorteerde batterijen eerst gepyrolyseerd om kwik en organisch materiaal te verwijderen, vervolgens wordt ijzer magnetisch afgescheiden en wordt bruinsteen uitgewassen. De aldus verkregen metaalfractie wordt in Duitsland verder verwerkt. Behalve voor zilveroxide-cellen is geen van de overige verwerkingsprocessen kostendekkend. Vooral bij de Sumitomo- en de Recytec-techniek, waar de huidige verwerkingskosten op circa , 5,— per kg liggen, is dit een belangrijk obstakel voor toepassing elders. Dit is dan ook een belangrijke reden dat in Nederland nog geen beslissing op dit punt genomen is. Wel is in 1990 bij TNO met succes een pilotproef uitgevoerd naar de hydrometallurgische terugwinning van cadmium en nikkel uit nikkel-cadmium-batterijen. Voordat een beslissing tot een commerciële operatie wordt genomen, moet eerst nog een aantal procesverbeteringen worden beproefd. Dat het tijdelijk opslaan van grote hoeveelheden afvalbatterijen een onverwacht risico biedt, bleek toen op 17 april 1992 brand uitbrak in de C2-deponie van de AVR. Een verschijnsel dat mogelijk met waterstofontwikkeling en onderlinge kortsluiting in verband moet worden gebracht. In Zwitserland deed zich in 1992 een vergelijkbaar geval voor.


november 1992

tekst/092

040


Bron 3 Batterijen

Inhoud

Startpagina

092–12 9.

Batterijen

Ontwikkelingen

Binnen enkele jaren zullen batterijproducenten de gangbare zinkbruinsteen-batterijen en alkaline batterijen zonder kwik en cadmium leveren. Het valt verder te voorzien dat kwikoxide-batterijen meer en meer het veld gaan ruimen ten bate van alkaline batterijen, zinklucht- of lithium-batterijen. De belangrijkste ontwikkeling bij secundaire batterijen is de introductie van de nikkelhydride-batterij ter aanvulling of vervanging van het nikkel-cadmium-systeem. Een volledige vervanging is, als dat al mogelijk zou zijn, voor het jaar 2000 onwaarschijnlijk. Op termijn zal ook de herlaadbare lithium-batterij zijn opwachting maken. Al deze vernieuwingen te samen hebben tot gevolg dat de milieu-bedreiging vanwege ecotoxische batterijstoffen vrijwel opgeheven is. Naar verwachting zullen ook voor het jaar 2000 technisch en economisch aanvaardbare recyclingsystemen voor alle soorten batterijen in werking zijn. Batterijfabrikanten hebben namelijk bekend gemaakt dat zij goede mogelijkheden zien om Leclanchés en alkaline batterijen te verwerken. Hiernaar wordt onderzoek verricht in samenwerking met de basismetaalindustrie. 10. Literatuur – – – – – –

D. Linden, Handbook of batteries and fuel cells. McGraw-Hill Book Company, 1984. Institute For Risk Research, Report: Assessing the environmental effects of disposal alternatives for household batteries. Waterloo Canada, February 1992. Richtlijn van de Raad inzake batterijen en accu’s die gevaarlijke stoffen bevatten. 91/157/EEG, 18 maart 1991. P. J. Meijer en Z. I. van Lohuizen, Informatiedocumenten afvalstoffen: Batterijen. RIVM-rapport 738902014, Bilthoven 1991. Eurobat/Europile, Realized and projected recycling processes for used batteries. Juni 1991, ATAG Bern, P.O. 2613. Chemische feitelijkheden: 1-80: 007 Cadmium, 008 Kwik, 004 Lood, 061 Zink, KNCV.


november 1992

tekst/092


Notities

041

Bronnenboek. Energie om mee te nemen

Recommend Documents