Een Chinees onderzoeksteam is erin geslaagd waterstof te produceren met kraanwater in plaats van ultrapuur water — een doorbraak die kosten verlaagt en de opschaling van groene waterstof drastisch dichterbij brengt.
Waterstof produceren via elektrolyse is al jaren dé belofte voor schone energieopslag. Maar de praktijk blijkt weerbarstig: vooral proton exchange membrane (PEM) elektrolyzers – geliefd om hun hoge efficiëntie en zuiverheid – hebben tot nu toe één groot nadeel. Ze werken alleen met extreem zuiver water. Die harde eis maakte toepassing op grote schaal complex en duur. Tot nu.
Volgens het onderzoek, gepubliceerd in Nature Energy, hebben onderzoekers van Tianjin University en andere Chinese instituten een oplossing gevonden die dit knelpunt doorbreekt. Hun aangepaste PEM-cel draait probleemloos op gewoon kraanwater – zonder prestatieverlies of versnelde slijtage. Daarmee komt waterstofproductie ineens veel dichter bij de praktijk.
Pure waterstof uit onzuiver water
De kern van het probleem is bekend: traditionele PEM-elektrolyzers zijn gevoelig voor ionische verontreinigingen zoals calcium, magnesium of natrium in het water. Zulke ionen verstoren de werking van het membraan en versnellen slijtage van de katalysator. Ultrapuur water, verkregen via omgekeerde osmose of ionenwisseling, is dus een must – en dat is kostbaar.
Het Chinese team zocht de oplossing niet in waterzuivering, maar in lokale chemie aan de elektrodezijde. Door molybdeenoxide (MoO₃₋ₓ) toe te voegen aan de kathode – een mengsel van platina en koolstof – creëerden ze een lokale, zure micro-omgeving waarin het PEM-membraan optimaal blijft functioneren, zelfs als het water zelf onzuiver is.
3.000 uur stabiel op kraanwater
De onderzoekers testten hun ontwerp uitvoerig: meer dan 3.000 uur draaide het systeem onafgebroken op normaal leidingwater, bij een courant stroomdichtheid van 1,0 A/cm². De prestaties bleven stabiel en er was geen significante degradatie van het PEM-membraan te zien. Dat is uitzonderlijk, aangezien klassieke PEM-systemen onder zulke omstandigheden snel hun efficiëntie verliezen of volledig falen.
Met behulp van pH-ultramicro-elektrodes en scanning electrochemical microscopy bevestigden de onderzoekers dat de zuurtegraad rond de kathode inderdaad laag bleef – zelfs terwijl het bulk-water een hogere pH en verontreinigingen bevatte. De aanpassing blijkt dus robuust en lokaal effectief.
Minder kosten, langere levensduur
In de huidige praktijk omvat waterstofopwekking via PEM niet alleen dure elektrolyzers, maar ook een voortraject van uitgebreide waterzuivering. Dit systeem vereenvoudigt dat hele proces. “Het minimaliseren van waterpretreatment betekent lagere onderhoudskosten, langere levensduur en lagere instapdrempels,” aldus de onderzoekers.
Bovendien maakt deze ontwikkeling het mogelijk om PEM-elektrolyzers toe te passen op plekken waar zuiver water niet direct beschikbaar is, zoals afgelegen locaties, ontwikkelingslanden of maritieme toepassingen.
Opschaling is dichtbij
De meeste industriële waterstof wordt vandaag nog geproduceerd uit aardgas (via steam methane reforming), een CO₂-intensief proces. Groene waterstof – elektrolyse op basis van zonne- of windenergie – is pas écht duurzaam. Maar om concurrerend te worden, moeten de kosten naar beneden en de schaal omhoog.
Juist daar biedt deze aanpak perspectief. De mogelijkheid om met kraanwater te werken vermindert niet alleen het aantal technische randvoorwaarden, maar ook de investeringsdrempel. Dat zou de opschaling van PEM-elektrolyzers in fabrieken, havens of zelfs wijkcentrales kunnen versnellen.
Geen revolutie, wél een doorbraak
Hoewel het principe van elektrolyse niet nieuw is, bewijst deze studie dat er nog steeds cruciale optimalisaties mogelijk zijn – niet via futuristische materialen, maar via slim inzicht in elektrochemie en systeemgedrag.
De toevoeging van een zuurvormend oxide aan de kathode is op zichzelf geen radicale innovatie, maar de impact is dat wél: een concreet obstakel voor waterstofproductie is effectief geslecht.
Industriële validatie
De grote vraag is nu: hoe snel wordt deze aanpak opgepikt buiten het lab? Industriële validatie in reële omstandigheden (met wisselende waterkwaliteit en onregelmatige vermogensinput) is de logische volgende stap. Als ook daar blijkt dat het systeem zich staande houdt, is het niet ondenkbaar dat deze PEM-variant binnen enkele jaren opduikt in commerciële elektrolyzers.
