Teake Zuidema
Japanse onderzoekers claimen een 100-voudige verbetering in het fotokatalytisch splitsen van water, maar een rendement van 0,24% is nog steeds aan de lage kant.
Veel wetenschappers zoeken een technologie die het mogelijk maakt zeer efficiënt met zonlicht direct water te splitsen en zo zonnewaterstof (of gele waterstof) te maken. Idealiter zou zo’n methode dan waterstof produceren die goedkoper is dan de groene waterstof die ontstaat wanneer groene elektriciteit wordt gebruikt voor de elektrolyse van water.
Onderzoekers van de Japanse Shinshu University in Nagano weten al geruime tijd dat de halfgeleider barium-tantaal-oxynitride (BaTaO2N) in poedervorm optreedt als fotokatalysator om zonlicht te absorberen waarmee dan water gesplitst kan worden. Ze ontdekten ook dat deze splitsing efficiënter verloopt wanneer het poeder gecombineerd wordt met een co-katalysator gebaseerd op platina.
Helaas schieten zowel impregnatie-reductie als fotodepositie te kort bij het combineren van de twee katalysatoren. Bij de eerste methode klonteren de deeltjes van de platina-katalysator samen waardoor de binding aan het BaTaO2N poeder te snel stopt. De tweede resulteert in een zwakke verbinding tussen beide co-katalysatoren.
Door beide methoden te combineren is het de Japanners gelukt het splitsen van water met fotokatalyse 100 keer efficiënter te maken dan mogelijk was met dezelfde katalysatoreen. Om klonteren te voorkomen wordt eerst met impregnatie-reductie een klein deel van de platina-katalysator afgezet op het BaTaO2B poeder. Vervolgens brengen de Japanners een tweede laag aan met fotodepositie.
Volgens onderzoeker Takashi Hisatomi is zijn team van plan het proces op te schalen door de beide co-katalysatoren op zonnepanelen te drukken. Zijn team heeft reeds een zonnepaneel ontwikkeld dat geen BaTaO2N gebruikt maar strontiumtitanaat (SrTiO3) gedoopt in aluminium. Dit paneel is een m2 groot en bevat een mm diepe laag water.
Johan Martens, hoogleraar Bio-ingenieurswetenschappen aan de KU Leuven noemt het splitsen van water middels fotokatalyse een zeer ambitieuze aanpak die nog veel stappen moet zetten. Martens: ‘Ze spreken zelf van 0,24% efficiëntie van de omzetting van zonne-energie naar waterstof. Dat mag dan 100 keer beter zijn dan hun vorige materiaal, het is nog steeds 50 keer minder dan onze waterstofpanelen.’
Martens is een van de wetenschappers achter de Solhyd waterstofpanelen die water uit de lucht halen om dit met zonne-energie te splitsen in waterstof en zuurstof. ‘In optimale omstandigheden behalen we een efficiëntie van 15%. Gemiddelden liggen rond de 10-12%, afhankelijke van seizoen, microklimaat en andere factoren.’ Solhyd hoopt binnen 1 tot 2 jaar zijn eerste generatie waterstof panelen op de markt te brengen.
