nieuws

Differ onderzoekt productie waterstof uit waterdamp

Publicatie

15 feb 2019

Categorie

Petrochem

Soort

nieuws

Tags

groene waterstof

Het klinkt als magie: je brengt een speciaal apparaat in contact met lucht, stelt het bloot aan zonlicht en het begint brandstof te produceren, gratis. Dat is de basisgedachte achter het fundamentele onderzoek van Nederlands Instituut voor Fundamenteel Energieonderzoek DIFFER in samenwerking met Toyota Motor Europe (TME). De samenwerking heeft tot doel een apparaat te ontwikkelen dat waterdamp absorbeert en dit direct met behulp van zonne-energie in waterstof en zuurstof splitst. Het onderzoeksvoorstel Launchpad for Innovative Future Technology (LIFT) ontving een subsidie ​​van het NWO ENW PPS Fund.

In dit project verkennen DIFFER en TME een innovatieve manier om direct waterstof uit vochtige lucht te produceren. In hun respectievelijke zoektocht naar oplossingen ontmoette de afdeling Advanced Material Research van TME de groep Catalytic and Electrochemical Processes for Energy Applications van DIFFER, onder leiding van Mihalis Tsampas. Deze groep werkte aan een methode om water in de dampfase te splitsen in plaats van de vloeibare fase, wat veel vaker voorkomt. ‘Werken met gas in plaats van vloeistof heeft verschillende voordelen’, legt Tsampas uit. ‘Vloeistoffen introduceren enkele technische problemen, zoals ongewenste bellenvorming. 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 van toepassing op afgelegen plaatsen waar geen water beschikbaar is.’

Het afgelopen jaar toonden DIFFER en TME in een gezamenlijke haalbaarheidsstudie aan dat het beoogde principe inderdaad werkt. De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe solid-state foto-elektrochemische cel die in staat was om eerst water uit omgevingslucht te vangen en vervolgens waterstof te genereren bij verlichting door zonlicht. Dit eerste prototype behaalde een indrukwekkende zeventig procent van de prestaties die wordt verkregen wanneer een equivalent apparaat met water wordt gevuld. Het systeem bestaat uit polymere elektrolytmembranen, poreuze foto-elektroden en waterabsorberende materialen, gecombineerd in een speciaal ontworpen apparaat met geïntegreerd membraan.

In de volgende fase van het project zijn de partners van plan om de set-up aanzienlijk te verbeteren. ‘In ons eerste prototype hebben we foto-elektroden gebruikt waarvan bekend is dat ze erg stabiel zijn. Maar het gebruikte materiaal absorbeert alleen UV-licht, dat minder dan vijf procent uitmaakt van al het zonlicht dat de aarde bereikt’, legt Tsampas uit. ‘De volgende stap is daarom om state-of-the-art materialen toe te passen en de systeemarchitectuur te optimaliseren om zowel de waterinname als de hoeveelheid zonlicht die wordt geabsorbeerd te verhogen.’

Wanneer deze hindernis is overwonnen, zal het onderzoek verschuiven naar het opschalen van de technologie. Huidige foto-elektrochemische cellen die waterstof kunnen produceren, zijn erg klein, ongeveer een vierkante centimeter groot. Om economisch levensvatbaar te worden, moet hun omvang worden opgeschaald met ordegroottes van ten minste twee tot drie.

‘We zijn er nog niet, maar we hopen dat dit soort systemen ooit in privé-woningen kunnen worden gebruikt om het huis van stroom te voorzien of om een ​​auto van brandstof te voorzien voor dagelijks woon-werkverkeer’, verwacht Tsampas.

Bron: DIFFER