Uiterst efficiënte fotokatalyse zet leidingwater om in waterstof met alleen zonlicht
Waterstof als energiebron is een belangrijke bouwsteen voor een duurzame economie. Niet alleen rijden vrachtwagens, treinen en auto's al op H2 dankzij brandstofcellen. Het wordt ook gebruikt bij de staalproductie, in de chemische industrie en als opslagmedium voor hernieuwbare energie.
De productie ervan kan echter nog worden verbeterd. Terwijl de productie uit aardgas in de toekomst waarschijnlijk sowieso uitgesloten zal zijn, maar momenteel onovertroffen goedkoop is, is er voor elektrolyse elektriciteit nodig. En zolang die niet in overvloed beschikbaar is uit hernieuwbare bronnen, is waterstofproductie inefficiënter dan direct gebruik of bijvoorbeeld het gebruik van batterijopslag.
Dit maakt de aanpak van een onderzoeksgroep aan de Oregon State University des te eleganter. Een frameconstructie van metaal en organische elementen met poriën in het nanometerbereik heeft alleen direct zonlicht nodig om pure waterstof uit gewoon water te halen.
Sprong in efficiëntie
Het principe wordt fotokatalyse genoemd. Een chemisch proces wordt uitsluitend in gang gezet door de absorptie van fotonen uit zonlicht. De basistechnologie is al bekend. Eerdere ontwerpen met zink, indium of titanium konden echter slechts 0,3 tot 0,7 procent van de invallende zonne-energie gebruiken om waterstof te produceren.
Met de geoptimaliseerde structuur en het gebruik van ruthenium, een zeer zeldzaam overgangsmetaal, kon de efficiëntie worden verhoogd tot 10,0 procent, wat 15 tot 30 keer beter is. Hoewel de waarde nog steeds ver onder de omzettingssnelheden van een commerciële zonnecel ligt, wordt er direct waterstof verkregen zonder omwegen en dus zonder verdere energieverliezen.
In de experimenten werden 10.000 micromol waterstof per uur en gram water verkregen. Hoewel scheikundigen en materiaalonderzoekers al onder de indruk zouden zijn, kan een omzetting iedereen helpen.
Bijna 20 procent van de H2 in water kan binnen een uur worden opgelost. Dit betekent dat 50 liter water genoeg is om één kilogram waterstof in één uur te verkrijgen. In de tests met water met een normale stroomsterkte was het iets slechter. Er zou dan ongeveer 60 liter water nodig zijn.
Een oppervlakte van niet meer dan 100 vierkante meter zou voldoende zijn. Eén kilogram waterstof is immers genoeg om bijna 100 kilometer te rijden of een huis een paar uur te verwarmen.
