Onderzoekers zijn erin geslaagd om menselijke urine te gebruiken als bron voor goedkope waterstof, terwijl stikstofrijk afvalwater tegelijkertijd wordt gezuiverd.
Veel mensen zien waterstof als een van de meest veelbelovende schone energiebronnen van de toekomst. Het verbrandt schoon, produceert enkel water als bijproduct, en biedt een veelzijdige manier om sectoren te verduurzamen waar elektrificatie tekortschiet.
Maar er is een probleem: het schoon en betaalbaar produceren van waterstof blijft een grote uitdaging. Fabrikanten produceren vandaag de dag de meeste waterstof uit fossiele brandstoffen. Deze zogenoemde grijze waterstof gaat gepaard met een hoge CO₂-uitstoot. De schonere variant, elektrolyse van water, vermijdt weliswaar deze emissies, maar vereist enorme hoeveelheden elektriciteit, waardoor de kosten hoog blijven. Dit heeft de opschaling van groene waterstof tot nu toe geremd.
De oplossing: urine
Onderzoekers van de University of Adelaide en het ARC Centre of Excellence for Carbon Science and Innovation (COE-CSI) hebben nu twee innovatieve elektrolysesystemen ontwikkeld die gebruikmaken van ureum in menselijke urine en afvalwater om efficiënter waterstof te produceren. Hun systemen verlagen het elektriciteitsverbruik met 20–27% in vergelijking met traditionele watersplitsing en elimineren tegelijkertijd giftige bijproducten.
“Hoewel we nog niet alle problemen hebben opgelost, tonen onze systemen aan dat we bij opschaling een milieuvriendelijke route hebben gevonden om stikstofgas te produceren in plaats van de giftige nitraten en nitrieten. Bovendien verbruiken onze systemen 20–27 procent minder elektriciteit dan conventionele elektrolyse,” aldus Professor Yao Zheng, hoofdonderzoeker bij COE-CSI.
Jouw ochtendplasje als energiebron
In hun eerste onderzoek, gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition, maakte het team gebruik van een innovatief membraanloos systeem aangedreven door een koper-gebaseerde katalysator en pure ureum. Hoewel dit indrukwekkende resultaten opleverde, heeft zuivere ureum een groot nadeel: het wordt geproduceerd via het Haber-Boschproces, een energie-intensieve en CO₂-uitstotende methode.
Om dit probleem te omzeilen, ontwierp het team een tweede systeem, gepubliceerd in Nature Communications, dat draait op échte, menselijke urine – een duurzame en breed beschikbare bron.
Een oplossing met een geurtje
Hoewel urine een veelbelovende bron is, brengt het ook uitdagingen met zich mee. Het bevat chloride-ionen die ongewenste chemische reacties kunnen veroorzaken tijdens elektrolyse. Deze reacties leiden tot de vorming van chloorgas, wat het anode-materiaal aantast en de installatie op termijn beschadigt.
Om dit tegen te gaan, ontwikkelden de onderzoekers een chloriden-gemedieerde oxidatiemechanisme. In plaats van de chloride-ionen corrosie te laten veroorzaken, leiden onderzoekers het reactiepad om door platina-gebaseerde katalysatoren op koolstofdragers te gebruiken. Deze aanpak beschermt niet alleen de anode, maar behoudt ook de efficiënte waterstofproductie uit urine.
Maar ook hier duikt er weer een probleem op: platina is duur en schaars. Daarom richt het team zich nu op goedkopere katalysatoren op koolstofbasis. Deze niet-edelmetalen alternatieven moeten de kosten verlagen en schaalvergroting mogelijk maken. Het uiteindelijke doel is om volledig membraanloze systemen te bouwen die zowel groene waterstof terugwinnen als stikstofrijk afvalwater zuiveren.
Op weg naar duurzame, goedkope waterstof
We zijn er nog lang niet, maar volgens het onderzoek biedt deze methode een veelbelovende stap richting duurzame waterstofproductie, zonder de nadelen van traditionele processen.
De volgende uitdaging ligt in het opschalen van deze technologie, zodat het potentieel van waterstofproductie uit afvalstromen wereldwijd benut kan worden. Met de stijgende vraag naar schone energiebronnen zou deze doorbraak wel eens een belangrijke stap kunnen zijn in de waterstofeconomie van de toekomst.
