Wie dacht dat groene waterstofproductie altijd duur en complex moest zijn, heeft het mis. Koreaanse onderzoekers ontwikkelden een systeem dat goedkoop is, én zichzelf kan herstellen.
De transitie naar een klimaatneutrale samenleving hangt sterk af van technologieën die fossiele brandstoffen kunnen vervangen. Groene waterstof geldt daarbij als een van de grootste beloften. Tot nu toe was de productie echter vaak duur en inefficiënt, maar een doorbraak van onderzoekers van de Seoul National University College of Engineering kan dit beeld drastisch veranderen: zij ontwikkelden een elektrolyse-elektrode die géén gebruik maakt van kostbare metalen én zichzelf kan herstellen.
Volgens het onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications, vormt deze innovatie een grote stap richting betaalbare, schaalbare en echt duurzame waterstofproductie.
Het probleem met groene waterstof
Waterstof heeft alles in huis om een cruciale rol te spelen in een CO₂-vrije energievoorziening. Met een hoge energiedichtheid en schone verbranding is het een aantrekkelijk alternatief voor fossiele brandstoffen, zeker in sectoren zoals de zware industrie en transport waar elektrificatie niet altijd haalbaar is.
De meest veelbelovende manier om waterstof duurzaam te produceren is via elektrolyse: het splitsen van water in zuurstof en waterstof met behulp van elektriciteit. Maar hier wringt de schoen. Voor een efficiënte reactie zijn katalysatoren nodig – vaak gemaakt van schaarse en dure metalen zoals platina of iridium. Bovendien slijten deze na verloop van tijd, wat leidt tot hoge onderhoudskosten.
Onderzoek neemt radicaal andere weg
De onderzoeksgroep onder leiding van professoren Jeyong Yoon en Jaeyune Ryu koos een totaal andere aanpak. Hun elektrodes bestaan uit nikkel – een relatief goedkoop en ruim beschikbaar metaal. In plaats van een externe katalysator, vertrouwt de elektrode op een slim systeem van zelfherstel via een proces dat de onderzoekers “dynamische polarisatiecontrole” noemen.
Door af en toe een lichte negatieve spanning aan de elektrode te geven, kunnen opgeloste ijzerionen (Fe) uit de elektrolyt opnieuw binden aan het nikkeloppervlak. Dit vormt een dunne, actieve laag nikkel-ijzeroxide, die uitstekende prestaties levert als zuurstof-evolutiekatalysator. Het resultaat: de elektrode herstelt zichzelf tijdens gebruik en behoudt zijn efficiëntie.
Duurzaam én schaalbaar
Deze aanpak is niet alleen theoretisch interessant: de onderzoekers bewezen ook de praktische haalbaarheid.
In langdurige tests werkte de elektrode meer dan 1.000 uur stabiel bij hoge stroomdichtheden (1 A/cm²). Daarnaast werd een drie-stapelsysteem getest met elektrodes van elk 25 cm², waarmee werd aangetoond dat het systeem opschaalbaar is naar industriële toepassingen.
“Het gaat hier niet alleen om het finetunen van procescondities,” benadrukt co-lead onderzoeker Jaeyune Ryu. “We hebben systematisch inzicht gekregen in de elektrochemische interacties aan het grensvlak tussen elektrode en elektrolyt, en deze kennis direct toegepast in een werkend systeem.”
Betaalbare groene waterstof
De potentiële impact is groot. Door af te stappen van de afhankelijkheid van dure katalysatoren, kunnen de kosten van groene waterstof aanzienlijk dalen. Bovendien maakt het zelfherstellende vermogen langdurige inzet mogelijk, zonder frequente vervanging of onderhoud – een belangrijke voorwaarde voor grootschalige toepassingen.
Kansen voor samenwerking
Voor Europa – en Nederland in het bijzonder – biedt deze technologie interessante perspectieven. Nederland investeert zwaar in de opbouw van een waterstofinfrastructuur, van elektrolysers in de Eemshaven tot waterstofnetwerken van Gasunie. Toepassing van deze nieuwe elektroden zou niet alleen de kosten van productie verlagen, maar ook de afhankelijkheid van schaarse grondstoffen verminderen – een belangrijk geopolitiek voordeel.
Als deze Koreaanse technologie snel verder ontwikkeld en gelicenseerd kan worden, ligt er een kans om de Europese waterstofambities een flinke impuls te geven.
Praktische oplossing voor groot knelpunt
Met deze zelfherstellende, katalysatorvrije elektrode hebben de Koreaanse onderzoekers niet alleen een technisch huzarenstukje geleverd, maar ook een praktische oplossing aangedragen voor een van de grootste knelpunten in de groene waterstofproductie.
