# Stroom uit hout

In brandstofcellen die glucose of zetmeel gebruiken als energiebron worden enzymen gebruikt. Zo kan amylose in zetmeel met behulp van enzymen door hydrolyse worden omgezet tot glucose. Andere enzymen zetten vervolgens de glucose om.
Hieronder is de onvolledige reactievergelijking weergegeven van de gedeeltelijke hydrolyse van amylose.

Wetenschappers hebben een brandstofcel voor biomassa ontwikkeld waarin geen enzymen worden gebruikt. Met deze brandstofcel kan energie worden opgewekt uit biomassa waarvoor geen geschikte enzymen bestaan. In het onderzoek naar een geschikte brandstofcel is
gebruikgemaakt van ammonium-12-molybdofosfaat.
De verhoudingsformule van deze stof is (NH4)3 PO4 (MoO3)12.
Ammonium-12-molybdofosfaat wordt gemaakt door ammoniumorthomolybdaat ((NH4)2 MoO4) te verhitten in aanwezigheid van fosforzuur en salpeterzuur. Als bijproducten ontstaan waterdamp en
ammoniumnitraat.

In oplossingen van ammonium-12-molybdofosfaat komen ionen PO4 (MoO3)123– voor.

Een ion PO4(MoO3)123– wordt in de rest van deze opgave voorgesteld als POM3–.
Het deeltje POM3– kan worden beschouwd als een fosfaat-ion dat wordt omringd door twaalf eenheden molybdeen(VI)oxide (MoO3). Elke eenheid MoO3 bestaat uit drie oxide-ionen en een Mo(VI)-ion.
Onder invloed van licht wordt een deeltje POM3– omgezet tot het zeer reactieve deeltje rPOM3–, dat snel reageert met allerlei organische stoffen. De structuur van POM3– en rPOM3– is gelijk, de deeltjes verschillen alleen in de verdeling van de elektronen binnen het deeltje.
Bij de omzetting van POM3– tot rPOM3– wordt binnen een eenheid MoO3 één elektron van één oxide-ion overgedragen naar de N-schil van één Mo(VI)-ion.

In hout is onder andere het biopolymeer lignine aanwezig. Lignine is een netwerkpolymeer dat in brandstofcellen niet kan worden omgezet met enzymen. Met het gebruikte ammonium-12-molybdofosfaat kan lignine wel worden omgezet, zodat zelfs houtafval kan worden gebruikt in een
brandstofcel. Op de uitwerkbijlage is een van de optredende omzettingen weergegeven. In stap 1 treedt oxidatie van lignine op. In stap 2 wordt het omcirkelde H atoom als een H+ ion afgesplitst. Tevens wordt dan een C–C binding verbroken en een H+ ion opgenomen. Dit H+ ion is weergegeven in het kader.

In onderstaande figuur is de gebruikte opstelling schematisch weergegeven. In een lichtdoorlatende reactor heeft men biomassa gemengd met ammonium-12-molybdofosfaat. De reactor is vervolgens in zonlicht geplaatst, zodat POM3– onder invloed van licht wordt omgezet tot rPOM3–. Het rPOM3– reageert met de biomassa, waarbij onder andere H3POM3– en CO2 worden gevormd.

figuur

Na verloop van tijd wordt het mengsel door de brandstofcel gepompt.
Het in de reactor ontstane H3POM3– wordt in de brandstofcel weer omgezet tot POM3–.

In het onderzoek is een hoeveelheid verdunde biomassa gemengd met 20 mL van een
0,25 M oplossing ammonium-12-molybdofosfaat.
Nadat dit mengsel enige tijd in het zonlicht had gestaan, bleek dat 80% van alle rPOM3– was omgezet tot H3POM3–.
Het mengsel werd door de brandstofcel gepompt tot alle ontstane H3POM3– weer was omgezet tot POM3–.
De brandstofcel leverde gedurende 30 minuten een gemiddelde stroomsterkte van 0,530 A.