Waterstof wordt vaak genoemd als de brandstof van de toekomst. Het kan auto’s en fabrieken aandrijven en energie opslaan zonder dat er bij de verbranding CO2 vrijkomt. Toch kleeft er aan de productie van waterstof nog een groot probleem: er is heel veel schoon water voor nodig, en juist dat is op veel plekken in de wereld een schaars goed. Een onderzoeksteam in China heeft nu een elegante oplossing bedacht: waterstof maken uit vocht in de lucht, aangedreven door de zon.
Normaal gesproken wordt groene waterstof geproduceerd via elektrolyse, een proces waarbij water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof met behulp van elektriciteit. Die elektriciteit moet groen opgewekt worden, bijvoorbeeld met wind of zon, om de term ‘groen’ te verdienen. Maar de zwakke plek is het water zelf: elektrolyzers draaien het liefst op ultrapuur water. Dat is kostbaar om te maken en zeker niet overal in overvloed aanwezig.
Het team onder leiding van professor Yin Huajie van het Hefei Institute of Physical Science vond een manier om dat obstakel te omzeilen. In plaats van water uit een reservoir te halen, verzamelt hun installatie het direct uit de lucht. Zelfs in droge omgevingen waar de luchtvochtigheid slechts 20 procent is, weet het systeem voldoende water op te vangen om waterstofproductie mogelijk te maken.
Slimme combinatie van technologieën
De kracht van het systeem zit in de koppeling van twee bestaande technieken: atmosferische waterwinning (AWH) en proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE). PEMWE staat bekend als een efficiënte methode om zuivere waterstof te maken, maar het waterverbruik was altijd een knelpunt. De Chinezen losten dat op met een speciale poreuze koolstofstructuur die waterdamp uit de lucht absorbeert.
Het materiaal is zo ontworpen dat het watermoleculen aantrekt en vasthoudt. Vervolgens verdampt de zonnewarmte dat water, waarna het direct wordt ingevoerd in een op maat gemaakte elektrolyzer. Zonder dat er externe elektriciteit of extra water nodig is, wordt zo continu waterstof geproduceerd.
Resultaten in het lab en in de praktijk
Tijdens laboratoriumtesten liet de installatie zien dat ze bij 40 procent luchtvochtigheid een opbrengst van bijna 300 milliliter waterstof per uur kon halen. Dat klinkt misschien weinig, maar het gaat hier om een compact proefmodel (zie hieronder). Het belangrijkste is dat het proces stabiel blijft werken, ook over langere tijd. Er trad nauwelijks degradatie op, wat cruciaal is voor praktische toepassingen.
In veldtesten werkte het systeem volledig zelfstandig op zonne-energie. Het gebruikte geen andere energiebronnen en stootte geen broeikasgassen uit. Daarmee is het een schoolvoorbeeld van circulaire technologie: lucht en zonlicht in, waterstof eruit.
Toepassing in droge regio’s
De mogelijkheden zijn groot, zeker voor gebieden waar water schaars is. Denk aan woestijnregio’s of afgelegen dorpen die niet aangesloten zijn op grote infrastructuren. Daar kan zo’n systeem op een duurzame manier waterstof leveren voor kooktoestellen, voertuigen of kleine elektriciteitscentrales.
Ook in bredere zin kan de technologie bijdragen aan de wereldwijde opschaling van waterstof. Terwijl veel landen ambitieuze waterstofplannen hebben, blijft de afhankelijkheid van water een remmende factor. Door water direct uit de atmosfeer te halen, wordt een belangrijke barrière weggenomen.
Breder perspectief
De Chinese onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Advanced Materials. Ze benadrukken dat hun ontwerp nog in de beginfase zit, maar wel een nieuwe richting wijst voor waterstofonderzoek. Het project kreeg steun van de National Natural Science Foundation of China en het Hefei Science Center.
De ontwikkeling past in een bredere trend waarin wetenschappers zoeken naar manieren om energieopwekking los te koppelen van kwetsbare natuurlijke hulpbronnen. Net zoals zonnepanelen elektriciteit uit zonlicht halen zonder brandstof, kan dit systeem waterstof produceren uit luchtvochtigheid zonder waterbron.
