Zweedse wetenschappers laten zien dat waterstofproductie zonder platina niet alleen mogelijk is, maar ook extreem efficiënt kan zijn. Met zonlicht, water en een beetje plastic tonen ze een rendement van maar liefst 30 liter waterstof per gram kunststof.
Onderzoekers van de Chalmers University of Technology in Zweden hebben een baanbrekende methode ontwikkeld om waterstofgas te produceren zonder het schaarse en dure metaal platina. Door gebruik te maken van zonlicht, water en nanodeeltjes van elektrisch geleidende kunststof, kan waterstof efficiënt, duurzaam en goedkoop worden geproduceerd.
Hoewel eerder al pogingen zijn gedaan om waterstof zonder platina te maken, is dit de eerste methode die zulke hoge efficiënties laat zien. Dat is een belangrijke stap richting schaalbare, duurzame waterstofproductie.
Volgens de studie, gepubliceerd in Advanced Materials, kan deze methode een belangrijke stap zijn in de wereldwijde zoektocht naar hernieuwbare energie. Waterstof speelt hierin een cruciale rol, omdat het bij gebruik alleen water produceert als bijproduct. Toch zijn er tot nu toe grote uitdagingen om waterstof op grote schaal en milieuvriendelijk te produceren.
Platina: zeldzaam, duur en helemaal niet groen
Bij traditionele zonne-gedreven waterstofproductie (fotokatalyse) wordt platina vaak gebruikt als co-katalysator. Dit metaal is enorm efficiënt, maar er zit een grote keerzijde aan. De aardse voorraden zijn beperkt, en winning is kostbaar. Daarnaast is de productie vooral geconcentreerd in landen zoals Zuid-Afrika en Rusland, dat ligt geopolitiek gevoelig. De winning ervan kan bovendien ook schadelijk zijn voor mens en milieu.
Door platina volledig te vervangen met kunststof, kan waterstofproductie veel goedkoper en toegankelijker worden.
Plastic als vervanger van platina
Het geheim van de nieuwe methode ligt in geconjugeerde polymeren, een type elektrisch geleidende kunststof. Normaal absorberen deze polymeren licht goed, maar zijn ze slecht compatibel met water. Door het materiaal op moleculair niveau aan te passen, maakten de onderzoekers de kunststof veel beter wateroplosbaar.
De polymeren werden eerst gevormd tot nanodeeltjes. Door deze structuur kunnen ze beter met water interageren, en verloopt de omzetting van zonlicht naar waterstof efficiënter. Chalmers-onderzoeker Alexandre Holmes legt uit: “Door geavanceerd materiaalontwerp kunnen we waterstof efficiënt en duurzaam produceren zonder platina – tegen veel lagere kosten en met prestaties die soms zelfs beter zijn dan systemen met platina.”
30 liter waterstof per gram
Wanneer (gesimuleerd) zonlicht op het bekerglas met water en nanodeeltjes schijnt, vormen zich meteen waterstofbelletjes die met het blote oog zichtbaar zijn. Volgens Holmes kan één gram van het materiaal tot 30 liter waterstof per uur produceren.
100% duurzame waterstof komt dichterbij
Momenteel gebruiken de onderzoekers nog vitamine C als zogeheten “sacrificial antioxidant” om de reactie op gang te houden. Voor echt duurzame toepassing is het doel volle watersplitsing: het gelijktijdig produceren van waterstof en zuurstof uit water, met alleen zonlicht als energiebron.
Onderzoeksleider professor Ergang Wang legt uit: “Het verwijderen van platina uit dit systeem is een belangrijke stap richting duurzame waterstof voor de samenleving. Nu richten we ons op strategieën om volledige watersplitsing zonder additieven mogelijk te maken. Dat zal nog een paar jaar duren, maar we geloven dat we op de juiste weg zijn.”
Concreet alternatief
Deze doorbraak kan de productie van zonne-waterstof betaalbaar, duurzaam en schaalbaar maken. Kunststof is goedkoop en breed beschikbaar, waardoor dit proces een concreet alternatief biedt voor systemen die afhankelijk zijn van kritieke metalen.
Voor Europa en andere regio’s met ambitieuze waterstofplannen kan deze technologie een belangrijke rol gaan spelen in een groene, onafhankelijke energievoorziening.
