Waterstof zal waarschijnlijk een cruciale rol spelen in onze inspanningen om fossiele brandstoffen af te bouwen, maar om het op een milieuvriendelijke manier te maken, zijn enorme hoeveelheden water nodig. Nu hebben onderzoekers een nieuwe techniek ontwikkeld die zelfs in de droogste klimaten waterstofbrandstof uit het niets maakt.
Terwijl hernieuwbare energie en batterijtechnologie grote vooruitgang boeken bij het koolstofarm maken van grote delen van de energie- en transportsector, zou waterstof ook een belangrijk onderdeel van de energiemix kunnen zijn. Het kan net als conventionele brandstoffen worden verbrand, maar het enige bijproduct dat daarbij vrijkomt, is water. Het heeft een behoorlijke energiedichtheid, waardoor het een veelbelovende oplossing is voor toepassingen met strenge gewichtseisen zoals de luchtvaart, en het kan ook een handige manier zijn om energie over langere perioden op te slaan.
Maar hoe milieuvriendelijk waterstofbrandstof is, hangt sterk af van hoe het wordt geproduceerd. Tegenwoordig is het grootste deel zogenaamde "grijze waterstof", die wordt gemaakt van fossiele brandstoffen en resulteert in een aanzienlijke uitstoot van broeikasgassen. Wil waterstof bijdragen aan decarbonisatie, dan moeten we overschakelen op 'groene waterstof', geproduceerd door elektrolyzers die water splitsen in waterstof en zuurstof met behulp van hernieuwbare energie.
Een uitdaging is dat veel van de plaatsen met de beste hernieuwbare energiebronnen worstelen met waterschaarste. Maar nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Melbourne in Australië een nieuwe techniek ontwikkeld die waterstofbrandstof kan maken uit vocht dat uit de lucht wordt geabsorbeerd. Bovendien werkt het zelfs als de luchtvochtigheid lager is dan die in de droogste woestijnen ter wereld.
"Het vermogen om vocht uit de lucht te gebruiken, maakt deze DAE-module [direct air electrolyzer] toepasbaar in afgelegen, droge en semi-aride omgevingen waar de toegankelijkheid van zoet water een groot probleem is," Gang Kevin Li vertelde Newsweek. "De meeste gebieden op aarde met een hoog zonne- en windpotentieel hebben geen zoet water."
Toegang tot water zou een groot probleem zijn als de productie van groene waterstof fors zou worden opgeschaald. In een papier in Nature Communications, de onderzoekers wijzen erop dat meer dan een derde van de planeet droog of halfdroog is, en dat er een aanzienlijke overlap is tussen gebieden met waterschaarste en die met het grootste potentieel voor zonne- en windenergie.
Zelfs in de droogste klimaten is er echter een aanzienlijke hoeveelheid vocht in de lucht. De onderzoekers merken op dat zelfs in plaatsen als de Sahel-woestijn de relatieve vochtigheid nog steeds gemiddeld rond de 20 procent ligt. Dus gingen ze op zoek naar een manier om deze onaangeboorde waterbron te gebruiken om waterstof te produceren.
Hun apparaat bestaat uit een wateropvangeenheid met daarin een spons gedrenkt in een waterabsorberende vloeistof die vocht uit de lucht kan trekken. Aan weerszijden van dit reservoir bevinden zich elektroden die kunnen worden gevoed door elke hernieuwbare energiebron. Wanneer er een stroom door het circuit loopt, wordt het water via elektrolyse gesplitst in de samenstellende zuurstof- en waterstofatomen, die vervolgens als gas kunnen worden opgevangen.
Het team toonde aan dat het apparaat 12 opeenvolgende dagen efficiënt kon werken en waterstof produceerde met een zuiverheid van 99 procent. Bovendien blijft het apparaat werken bij een relatieve luchtvochtigheid van slechts vier procent.
Om het potentieel in de echte wereld te testen, heeft het team vijf elektrolysers parallel opgesteld en buiten geplaatst, waar ze werden aangedreven door een zonnepaneel. De opstelling was in staat om gemiddeld 745 liter (197 gallon) waterstof per vierkante meter per dag te produceren.
Dat is ongeveer de helft van de hoeveelheid die een conventionele, watergevoede elektrolyseur zou produceren onder vergelijkbare omgevingsomstandigheden, Simon Bennett van het International Energy Agency vertelde New Scientist, maar niet slecht voor een apparaat dat op vocht draait.
Een belangrijk probleem waarmee waterstof wordt geconfronteerd, is het feit dat de infrastructuur voor de distributie ervan heel anders is dan die voor de huidige fossiele brandstoffen, waarvoor vaak hogedruk- en zelfs cryogene opslag nodig is. Zoals Li opmerkte: Newsweek, een apparaat als dit waarmee waterstof overal kan worden gemaakt, zou kunnen helpen de productie te distribueren, wat een aantal van deze problemen zou kunnen omzeilen.
Op dit moment zijn de kosten echter de grootste barrière voor groene waterstof. Totdat de elektrolysetechnologie in prijs daalt en efficiënter wordt, is het onwaarschijnlijk dat waterstof zal concurreren met traditionele brandstoffen, of het nu uit het niets wordt gehaald of niet.
Krediet van het beeld: Gerd Altmann oppompen van Pixabay
