Cornell-onderzoekers hebben een compact apparaat ontwikkeld dat met zonne-energie zowel groene waterstof als drinkwater produceert. Goedkoop, duurzaam én schaalbaar.
De productie van groene waterstof geldt als veelbelovende schakel in de energietransitie, maar kampt nog met stevige beperkingen. Het is duur en vergt enorme hoeveelheden schoon water – een kostbare bron in een wereld waarin twee derde van de bevolking kampt met waterschaarste.
Onderzoekers van Cornell University hebben een slimme oplossing ontwikkeld voor beide problemen. Het gaat om een apparaat van 10 bij 10 centimeter dat met zonlicht en zeewater waterstof én drinkwater produceert.
Ondanks dat het nog een prototype is, wordt het concept al gezien als innovatief en veelbelovend.
Zonlicht + zeewater
Het apparaat heet hybrid solar distillation-water electrolysis (HSD-WE) en benut zonlicht op meerdere fronten. Waar gewone zonnepanelen warmte verspillen, doet deze technologie er iets nuttigs mee. De ‘afvalwarmte’ verdampt zeewater en drijft het proces aan.
Een capillaire lont brengt een dunne waterfilm in contact met het zonnepaneel. Die film warmt snel op, verdampt en wordt gezuiverd. Daarna gaat het water naar de elektrolyser, waar het wordt gesplitst.
Waterstof met bijsmaak van fris water
Het resultaat? Een prototype dat 200 milliliter waterstof per uur produceert met een indrukwekkende energie-efficiëntie van 12,6 procent. Daarnaast levert het systeem schoon drinkwater op – een welkome bijvangst in gebieden waar water net zo schaars is als duurzame energie.
“Voor het eerst kunnen we genoeg water genereren om aan de vraag voor waterstofproductie te voldoen,” zegt projectleider Lenan Zhang, universitair docent aan de Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering van Cornell. “En daarnaast houden we nog water over om te drinken. Twee vliegen in één klap.”
Slechts een dollar per kilogram
Volgens Zhang liggen de huidige kosten van groene waterstof rond de $10 per kilogram, vooral door de noodzaak van gezuiverd water. Maar met deze technologie en de overvloedige beschikbaarheid van zon en zee, kan die prijs binnen vijftien jaar dalen naar $1 per kilo – een gamechanger in de energiemarkt.
De voordelen reiken verder dan de waterstofproductie alleen. Omdat de technologie ook de zonnepanelen zelf afkoelt, zou integratie in bestaande zonneparken leiden tot hogere efficiëntie en langere levensduur van PV-installaties.
Volgens de studie, gepubliceerd in Energy and Environmental Science, ligt er dan ook een groot potentieel voor wereldwijde opschaling van deze technologie.
Vier energieconversies
Wat deze innovatie bijzonder maakt, is de mate van integratie: thermische, elektrische, chemische én zonne-energie worden in één compact systeem samengebracht. Dat maakt het ontwerp technisch uitdagend, maar ook bijzonder efficiënt. Zhang: “We moesten alles koppelen: de ontzilting met de elektrolyse, de elektrolyse met het zonnepaneel, en dat alles via meerdere energievormen. Maar het is gelukt.”
Dubbel antwoord
Voor gebieden met veel zon en toegang tot zee biedt deze technologie kansen. Denk aan kustregio’s in Afrika, het Midden-Oosten of Australië. Daar speelt zowel energiegebrek als waterschaarste. En dat alles in een apparaat ter grootte van een notitieboekje.
Zhang besluit: “We willen koolstofuitstoot en vervuiling vermijden, maar ook de kosten laag houden. Alleen dan krijgt groene waterstof écht een kans op wereldwijde doorbraak.”
