Een klassiek zonnepaneel zet 18 tot 20 procent van de zonne-energie om in stroom. Als je met die stroom water splitst in waterstof en zuurstof, dan gaat er veel energie verloren.
Onderzoekers van de Katholieke Universiteit uit Leuven hebben dat opgelost door een zonnepaneel te ontwerpen dat waterdamp uit de lucht efficiënter direct omzet in groene waterstof.
Het waterstofpaneel is ontwikkeld door Johan Martens en Jan Rongé. Zij zien een belangrijke rol voor waterstof in de energietransitie en werken sinds 2019 met hun bedrijf Solhyd aan de waterstofpanelen. De eerste prototypes daarvan zijn al in 2019 in Leuven getest. Ze verwachten dat het vanaf 2030 mogelijk wordt om waterstofpanelen te installeren op daken van woningen.
Polymeer membraan
“Waterstofpanelen zijn modules die zonlicht gebruiken om waterstofgas te maken”, legt Jan Rongé uit. “Ze lijken dus heel sterk op klassieke zonnepanelen, maar in plaats van een elektriciteitskabel komt er een leiding met waterstofgas uit.”
Het waterstofpaneel werkt als volgt. Het waterstofpaneel vangt watermoleculen op uit de lucht en gebruikt energie van de zon om met behulp van een polymeer membraam dat alleen waterstofionen doorlaat om waterstof te produceren. Bij de anode wordt het water opgesplitst in zuurstof, waterstofionen en twee elektronen. De waterstofionen en de twee elektronen passeren vervolgens het membraan, waarna ze bij de kathode worden omgevormd tot waterstof.
Het paneel produceert volgens de twee onderzoekers groene waterstof op lage druk. Tijdens het productieproces wordt ook zuiver zuurstofgas gevormd. Dit wordt weer vrijgelaten in de lucht. Hoe het paneel precies werkt, is vanwege de diverse patentaanvragen geheim. Volgens de onderzoekers gaat het om een ‘unieke combinatie tussen adsorbenten, katalysatoren en membranen’.
Energie-efficiënt
Om één kilogram waterstofgas te maken is ongeveer 50 kWh aan elektriciteit nodig. Daarnaast is er energie nodig om het geproduceerde gas onder hoge druk op te slaan. Grofweg kan je stellen dat er ongeveer 2x zoveel energie nodig is als dat er in 1 kg waterstofgas is opgeslagen. Het rendement van de panelen, van zon naar waterstof, is 15. Vergeleken met PV-cellen die een elektrolyser van stroom voorzien, is die 15% een veel interessanter rendement.
Een waterstofpaneel kan per dag gemiddeld 250 liter waterstof uit de buitenlucht halen.
Met twintig panelen zou een huishouden van warmte en stroom kunnen worden voorzien.
Volop toepassingen
Het waterstofpaneel kan op veel plaatsen toegepast worden als energiebron voor verwarming en koeling, en het kan worden gebruikt voor waterstofauto’s. Daarnaast biedt het voor bedrijven mogelijkheden bij de industriële productie of transport. Volgens Martens en Rongé zal de toepassing van het waterstofpaneel vooral zitten in decentrale, relatief kleinschalige applicaties. “Voor de energie-intensieve industrie is het paneel niet interessant. Daarvoor zouden bedrijven voetbalvelden vol moeten kunnen zetten om ook maar in de buurt te komen van hun waterstofbehoefte. Voor minder energie-intensieve bedrijven kan de toepassing wel degelijk interessant zijn. En voor de bebouwde omgeving is de oplossing nog interessanter.”
Ontwikkelingen
“We blijven onze technologie verbeteren, en ontwerpen een gestandaardiseerd type paneel dat in 2023 klaar moet zijn”, vertelt Martens. “Toch zal het nog minstens vier jaar duren voor waterstofpanelen breed kunnen worden toegepast. We mikken daarbij op een gemiddeld omzettingsrendement van meer dan 15%. Momenteel worden de waterstofpanelen volledig manueel gemaakt, maar we ontwikkelen methodes om onze productie op te schalen. Die moeten in de loop van 2023 op punt staan. Wij werken enkel met niet-zeldzame materialen en houden zo een waterstofpaneel betaalbaar.”
Zoals elke innovatieve technologie, zullen ook de waterstofpanelen initieel hogere kosten hebben, zegt ook Martens. “Bij fotovoltaïsche zonnepanelen is de kostprijs echter gehalveerd in de laatste 5 jaar. Voor waterstofpanelen voorzien we een gelijkaardige evolutie. Uiteindelijk verwachten we dat de kosten van een waterstofpaneel in de buurt zal liggen van een zonnepaneel vandaag. We hebben het over een kostprijs van ongeveer 2,17 euro per kilogram. Dit is een stuk goedkoper dan wat er momenteel voor elektriciteit en aardgas wordt betaald. Volgens onze visie moeten waterstofpanelen gecombineerd worden met zonnepanelen om het beste rendement te verkrijgen.”
