Een Duits onderzoeksteam heeft een zonne-energiesysteem ontwikkeld dat zonlicht direct omzet in waterstof met een recordrendement van 31,3 procent. De technologie slaat een volledige conversiestap over en verhoogt zo de efficiëntie drastisch.
Groene waterstofproductie wordt vaak gezien als essentieel onderdeel van de energietransitie. Toch blijft het in de praktijk energie-intensief en relatief inefficiënt. Het onderzoeksteam van Fraunhofer ISE pakt dat probleem aan met een fundamenteel andere aanpak: in plaats van zonlicht eerst om te zetten in elektriciteit en daarna in waterstof, wordt die tussenstap volledig overgeslagen.
Het systeem zet zonlicht rechtstreeks om in chemische energie in de vorm van waterstof. Dat elimineert meteen een van de grootste verliesposten in klassieke configuraties.
Slim ontwerp met geconcentreerd zonlicht
Centraal in de technologie staat het gebruik van concentrerende optica. Een Fresnel-lensbundel vangt zonlicht op en focust het op zeer efficiënte III-V multijunction-zonnecellen. Die behoren tot de meest performante fotovoltaïsche technologieën die vandaag bestaan. De ruimtevaart maakt al jarenlang gebruik van deze zonnecellen vanwege hun hoge rendement en stabiliteit.
Door het zonlicht te concentreren kan het oppervlak van deze dure maar krachtige cellen beperkt blijven, wat belangrijk is voor toekomstige opschaling. De onderzoekers stemden de elektrische eigenschappen van de zonnecellen nauwkeurig af op twee PEM-elektrolysecellen, zodat die water direct kunnen splitsen in waterstof en zuurstof.
Geen omvormers, geen extra verliezen
Wat deze aanpak bijzonder maakt, is dat er geen klassieke vermogenselektronica of DC-DC conversie nodig is. De onderzoekers hebben de elektrische karakteristieken van de zonnecellen en elektrolyser nauwkeurig op elkaar afgestemd, zodat de energie zonder extra stappen wordt overgedragen.
Volgens het team leidt dat tot een bijna directe koppeling tussen zonlicht en brandstofproductie, waardoor het systeem energieverliezen sterk beperkt. In theorie is dit precies het soort integratie dat nodig is om zonne-waterstof op grotere schaal economisch haalbaar te maken.
Lees ook: Doorbraak in zonne-energie kan zonnepanelen vervangen: opvolger is 70% beter én spotgoedkoop
Recordrendement van 31,3%
In veldtesten behaalde een prototype met een lensoppervlak van slechts 64 vierkante centimeter een zon-naar-waterstofrendement van 31,3 procent. Dat cijfer is gebaseerd op de hogere verbrandingswaarde van waterstof en geldt als uitzonderlijk hoog voor een geïntegreerd systeem dat buiten onder echte omstandigheden werkt.
Toch benadrukken de onderzoekers dat het nog om een demonstratiemodel gaat. De technologie bevindt zich in een vroege fase en moet nog worden opgeschaald en goedkoper gemaakt voordat commerciële toepassing realistisch wordt.
Groot potentieel
Ondanks die beperkingen zien experts dit soort geïntegreerde systemen als een belangrijke richting voor de toekomst van waterstofproductie. Door conversiestappen te schrappen en energie direct aan de productie te koppelen, pakt het systeem een van de grootste inefficiënties in de huidige waterstofketen aan.
Het Fraunhofer-team onderzoekt nu verdere ontwikkeling en zoekt investeerders om de technologie via spin-off Clearsun Energy richting markttoepassing te brengen. Als opschaling lukt, kan deze aanpak een belangrijke rol spelen in de bredere uitrol van groene waterstof in industrie en energieopslag.
