Onderzoekers van Princeton University hebben een methode ontwikkeld om waterstof te produceren met gezuiverd afvalwater in plaats van schoon drinkwater. De techniek maakt waterstofproductie niet alleen duurzamer, maar ook goedkoper en eenvoudiger op te schalen.
Waterstof wordt vaak gezien als de energiedrager van de toekomst, maar de productie ervan kent nog een groot probleem: het vraagt om enorme hoeveelheden zuiver water. Voor de productie van groene waterstof (waarbij hernieuwbare elektriciteit water splitst in waterstof en zuurstof) wordt doorgaans ultrapuur water gebruikt. Dat zuiveren kost geld, energie en zet druk op lokale watervoorraden.
Onderzoekers van Princeton University vonden een verrassend alternatief: gebruik gezuiverd afvalwater. Volgens de studie, gepubliceerd in Water Research, kan die aanpak de kosten van waterbehandeling met 47 procent verlagen en het energieverbruik voor zuivering met ruim 60 procent verminderen.
“Elke stad heeft een afvalwaterzuiveringsinstallatie,” zegt onderzoeksleider prof. Z. Jason Ren. “Dat is een verspreide, hernieuwbare waterbron die we kunnen benutten voor de waterstofeconomie.”
Waarom het eerder niet lukte
Het idee om afvalwater te gebruiken is niet nieuw, maar tot nu toe mislukten de meeste pogingen. Elektrolyzers – de apparaten die water splitsen – raakten snel verstopt door mineralen zoals calcium en magnesium. Die deeltjes vormen een harde laag op het membraan, waardoor de stroom van waterstofionen blokkeert en het systeem stilvalt.
Ph.D.-student Lin Du en haar collega’s besloten te onderzoeken waarom dit precies gebeurde. Met behulp van microscopische analyses ontdekten ze dat deze mineralen zich ophoopten op het membraanoppervlak, vergelijkbaar met kalkaanslag in een waterkoker.
Oplossing blijkt verassend simpel
De doorbraak kwam met een opmerkelijk eenvoudige aanpassing: het toevoegen van een kleine hoeveelheid zwavelzuur aan het afvalwater. Dat maakt het water licht zuur en zorgt voor extra waterstofionen die de storende mineralen te slim af zijn.
Met deze kleine tweak draaide de elektrolyzer meer dan 300 uur stabiel, zonder verlies van prestaties. Het zuur wordt bovendien gerecycled binnen het systeem, waardoor geen extra afval of milieu-impact ontstaat.
“Je hoeft het water niet meer volledig te zuiveren,” zegt Ren. “Even aanzuren, en het werkt gewoon.”
Betaalbaar en schaalbaar
Doordat de waterzuivering eenvoudiger wordt, dalen de kosten voor waterstofproductie aanzienlijk. Bedrijven hoeven geen duur ultrapuur water meer te gebruiken en kunnen lokaal afvalwater inzetten – wat zowel economische als ecologische voordelen biedt.
Ren’s team werkt nu samen met industriële partners om het systeem op grotere schaal te testen. Ook onderzoeken ze of voorbehandeld zeewater kan dienen als bron, wat de technologie aantrekkelijk maakt voor kustgebieden wereldwijd.
Enorme kans voor Nederland
Waterstof speelt in Nederland een sleutelrol in de energietransitie, deze ontwikkeling biedt dan ook interessante mogelijkheden. Projecten rond groene waterstof, zoals in de Eemshaven en Rotterdam, zouden met deze techniek goedkoper en duurzamer kunnen worden uitgevoerd. Bovendien sluit het perfect aan bij de Nederlandse expertise in waterbeheer en circulaire technologie.
Door afvalwater te zien als hulpbron in plaats van restproduct, kunnen waterbedrijven en de industrie samen een nieuwe, duurzame keten opbouwen waarin letterlijk geen druppel wordt verspild.
Van afval naar energie
Wat bij wijze van spreken gisteren nog door de riolering stroomde, kan morgen de energietransitie aandrijven. De ontdekking van Princeton laat zien dat innovatie niet altijd complex hoeft te zijn: soms is een paar druppels zuur genoeg om van afval iets waardevols te maken, én van waterstof een echt duurzame energiebron.
