"Eet je spinazie op!" Woorden die bij menigeen nog vers in het geheugen zullen liggen. Spinazie, de pittige groente boordevol voedingsstoffen, levert niet alleen voor de mens energie op. Het is, volgens een verslag van onderzoekers van de afdeling Chemie van de American University, ook in staat om brandstofcellen op te laden. Spinazie werkt, wanneer het wordt omgezet van zijn eetbare vorm in koolstofnanodeeltjes, als een katalysator voor een zuurstof reductiereactie in brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen.
Een zuurstof reductiereactie is een van de twee reacties in brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen en is meestal de langzamere reactie die de energie-uitstoot beperkt. Onderzoekers weten al lang dat bepaalde koolstofmaterialen de reactie kunnen katalyseren. Maar die op koolstof gebaseerde katalysatoren presteren niet altijd even goed of beter dan de traditionele op platina gebaseerde katalysatoren. De onderzoekers wilden een goedkope en minder toxische bereidingswijze vinden voor een efficiënte katalysator door gebruik te maken van direct beschikbare natuurlijke hulpbronnen. Ze gingen deze uitdaging aan door spinazie te gebruiken.
Prof. Shouzhong Zou, professor in de chemie aan de AU en hoofdauteur van het onderzoeksverslag: "Dit werk suggereert dat duurzame katalysatoren voor een zuurstof reductiereactie uit natuurlijke hulpbronnen kunnen worden gemaakt. De methode die we hebben getest kan zeer actieve, op koolstof gebaseerde katalysatoren produceren uit spinazie. In feite geloven we dat het, zowel wat betreft activiteit als stabiliteit, beter presteert dan commerciële platinakatalysatoren. De katalysatoren zijn mogelijk toepasbaar in waterstof-brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen."
Katalysatoren versnellen een zuurstof reductiereactie om voldoende stroom te produceren en energie te creëren. De praktische toepassingen voor het onderzoek zijn onder andere brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen, die elektrische voertuigen van energie voorzien. Onderzoekers boeken vooruitgang in laboratoria met prototypes van katalysatoren die gemaakt zijn van planten of plantaardige producten zoals kattenstaartgras of rijst. Het werk van Zou is het eerste voorbeeld van spinazie als basis voor de bereiding van zuurstof reductiereactie-katalysatoren. Spinazie is hiervoor goed te gebruiken omdat het bij lage temperaturen overleeft, gemakkelijk te telen is en rijk is aan ijzer en stikstof die essentieel zijn voor dit type katalysator.
Zou en zijn studenten creëerden en testten de katalysatoren die uit spinazie afgeleide koolstof nanodeeltjes bestaan. Koolstof nanodeeltjes zijn als een stukje papier met een dikte op nanometerschaal, duizend keer dunner dan een menselijke haar. Om de nanodeeltjes te maken, hebben de onderzoekers de spinazie door een meerstappenproces gehaald dat zowel low- als hightech methoden omvatte, waaronder het wassen, persen en vriesdrogen van de spinazie, het handmatig vermalen tot een fijn poeder met een vijzel en stamper, en het "dompelen" van het resulterende koolstof nanodeeltje in extra stikstof om de prestaties ervan te verbeteren. Metingen toonden aan dat de van spinazie afgeleide katalysatoren beter presteerden dan op platina gebaseerde katalysatoren, die duur zijn en na verloop van tijd hun kracht verliezen.
De volgende stap voor de onderzoekers is om de katalysatoren uit de laboratoriumsimulatie in prototypes, zoals waterstof-brandstofcellen, te plaatsen om te zien hoe ze presteren en om katalysatoren uit andere planten te ontwikkelen.