Zowel DIFFER & Toyota als onderzoekers van de universiteit in Leuven (België) werken aan technieken om waterstof uit waterdamp te halen. Zowel de Belgische als de Nederlandse methode nemen zonnepanelen als beginpunt en waterstof als doel, alleen is de weg daarnaartoe anders.
Binnen DIFFER werkte de Catalytic and Electrochemical Processes for Energy Applications-groep onder leiding van Mihalis Tsampas aan een methode om water te splitsen in de dampfase, die veel vaker voorkomt dan de vloeibare fase. Volgens Tsampas biedt het werken met gas in plaats van vloeistof verschillende voordelen. Met vloeistoffen zijn een paar technische problemen gemoeid, zoals ongewenste belvorming. Bovendien hebben we door gebruik te maken van water in de gasfase in plaats van de vloeibare fase, geen dure installaties nodig om het water te zuiveren. En tot slot, omdat we alleen het water gebruiken dat in de omringende lucht aanwezig is, is onze technologie ook bruikbaar op afgelegen plaatsen waar verder geen water beschikbaar is.” Aldus Tsampas.
In 2018 hebben DIFFER en Toyota in een gezamenlijke haalbaarheidsstudie al aangetoond dat het beoogde principe inderdaad werkt. De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe vaste stof foto-elektrochemische cel die in staat was om eerst water uit omgevingslucht te vangen en vervolgens onder invloed van zonlicht waterstof te produceren. Dit eerste prototype haalde meteen al 60 tot 70 procent van de hoeveelheid waterstof die je kunt maken uit vloeibaar water. Het systeem is een membraanreactor waarin polymere elektrolytmembranen, poreuze foto-elektroden en materialen die water absorberen zijn gecombineerd.
In het nieuwe project gaan de partners hun bestaande systeem aanzienlijk verbeteren. “In ons eerste prototype gebruikten we model foto-elektroden, waarvan bekend is dat ze erg stabiel zijn. Maar het materiaal dat we daarvoor hebben gebruikt, absorbeert alleen UV-licht, dat minder dan vijf procent uitmaakt van al het zonlicht dat de aarde bereikt”, legt Tsampas uit. In een volgende stap gaan de onderzoekers dan ook innovatieve materialen toepassen en de systeemarchitectuur optimaliseren om zowel de waterinname als de hoeveelheid geabsorbeerd zonlicht te vergroten.
Zodra die hindernis is genomen, verschuift de focus naar het opschalen van de technologie. De huidige foto-elektrochemische cellen voor waterstofproductie zijn erg klein, in de orde van een vierkante centimeter. Om economisch levensvatbaar te kunnen zijn, moet hun omvang ten minste twee tot drie ordes van grootte worden opgeschaald.
“Uiteindelijk stel ik me voor dat je dit soort systemen terug gaat zien in huizen, waar ze de waterstof produceren die nodig is om een auto voor dagelijks woon-werkverkeer van brandstof te voorzien”, verwacht Tsampas.