Een internationaal onderzoeksteam heeft een manier gevonden om groene waterstof te produceren tegen een prijs die voor het eerst onder die van fossiele alternatieven duikt. Door slim te sleutelen aan de elektrochemie én landbouwafval in te zetten, lijkt een jarenlange patstelling in de energietransitie te zijn doorbroken.
De productie van groene waterstof geldt al jaren als een veelbelovende oplossing voor de opslag van duurzame energie en de verduurzaming van zware industrie. Tot nu toe bleef grootschalige toepassing echter steken op één hardnekkig probleem: de kosten. Volgens de studie, gepubliceerd in eScience, is die barrière nu voor het eerst overtuigend geslecht.
Groene waterstof voor $1,54 per kilo
Onderzoekers van China Agricultural University en Nanyang Technological University rapporteren een netto productiekost van slechts $1,54 per kilogram waterstof. Dat is aanzienlijk lager dan de gangbare kosten voor grijze waterstof uit aardgas, die sterk meebewegen met de gasprijs maar vaak boven de $2 per kilo liggen. Ter vergelijking: klassieke groene waterstof was tot nu toe grofweg drie tot vijf keer duurder.
De kern van de doorbraak zit niet zozeer in betere zonnepanelen of goedkopere elektrolysers, maar in een fundamenteel andere aanpak van het elektrolyseproces zelf.
Elektrolyse zonder zuurstof
Bij conventionele elektrolyse wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof. Die laatste stap – de zuurstofontwikkelingsreactie – is energetisch inefficiënt en levert bovendien een gas op waar industrieel weinig vraag naar is. Met andere woorden: veel energie-inzet, weinig economische waarde.
Het nieuwe systeem vervangt deze stap door de oxidatie van glucose, een suikermolecuul dat eenvoudig te winnen is uit landbouwreststromen zoals katoen- en tarwestro. Daardoor is 400 millivolt minder spanning nodig om de reactie te laten verlopen, wat direct scheelt in elektriciteitskosten.
Ook waardevol bijproduct
De keuze voor glucose is strategisch. In plaats van zuurstof ontstaat bij de reactie formiaat, een industrieel relevante chemische stof die wordt gebruikt in onder meer leerlooierijen en rubberproductie. Met een marktprijs van circa $4,63 per kilogram fungeert formiaat als waardevol bijproduct dat de waterstofproductie financieel verder ondersteunt.
Dit past in een bredere trend binnen de chemische industrie: processen worden niet alleen beoordeeld op energie-efficiëntie, maar ook op hun vermogen om meerdere waardevolle stromen tegelijk te produceren.
Slimme katalysator
Cruciaal voor het succes is een speciaal ontwikkelde katalysator van kobalt-oxyhydroxide, gedopeerd met exact 5 procent koper. Dat kleine beetje koper blijkt doorslaggevend. Het fungeert als een soort moleculaire stuurinrichting die voorkomt dat glucose ongecontroleerd uiteenvalt tot kooldioxide – een veelvoorkomend probleem bij biomassa-oxidatie.
Via een zogeheten alpha-cleavage-route wordt zo’n tachtig procent van de glucosemoleculen selectief omgezet in formiaat. Voor katalyse-kenners is dat een opvallend hoge selectiviteit, zeker bij gebruik van onzuivere grondstoffen.
Geen membraan, geen explosiegevaar
Een bijkomend technisch voordeel is dat het systeem membraanloos kan worden uitgevoerd. Omdat er geen zuurstof ontstaat, is er geen risico op explosieve mengsels met waterstof. Daardoor zijn dure scheidingsmembranen, die normaal gesproken een aanzienlijk deel van de elektrolyserkosten bepalen, overbodig.
Dat maakt het ontwerp niet alleen goedkoper, maar ook eenvoudiger en robuuster – eigenschappen die cruciaal zijn voor industriële opschaling.
Getest met échte landbouwresten
Waar veel labdoorbraken stranden op hun gevoeligheid voor onzuiverheden, laat dit systeem juist zien dat het daar goed tegen kan. De onderzoekers testten het proces met ruwe extracten uit katoen- en tarwestro, zonder intensieve voorbehandeling.
Aangedreven door geconcentreerd zonlicht en een triple-junction zonnecel behaalde het systeem een waterstofproductiesnelheid van 519 micromol per uur per vierkante centimeter – een record voor dit type opstelling.
Opschalingspotentieel
Met kosten van $1,54 per kilo komt groene waterstof binnen bereik van sectoren waar elektrificatie lastig is, zoals staalproductie, scheepvaart en delen van de chemische industrie. Juist daar wordt waterstof gezien als sleutel tot decarbonisatie, maar tot nu toe vooral op papier.
Belangrijk is wel dat deze cijfers zijn gebaseerd op een geïntegreerd systeem waarin goedkope zonne-energie, biomassa-afval en chemische coproducten samenkomen. Opschaling naar industriële volumes zal nieuwe engineeringuitdagingen met zich meebrengen, maar de economische basis lijkt voor het eerst écht overtuigend.
Meer dan een kostenreductie
De echte waarde van deze studie zit misschien niet alleen in de lage waterstofprijs, maar in het bredere concept: energieopslag combineren met biomassa-upgrading. Door hernieuwbare elektriciteit te koppelen aan de verwaarding van landbouwafval ontstaat een circulair systeem dat zowel energetisch als chemisch rendement oplevert.
Deze aanpak laat zien dat grootschalige groene waterstofproductie hand in hand kan gaan met de productie van waardevolle chemische grondstoffen, en dat zou de energietransitie wel eens een beslissende zet kunnen geven.
