Chinese fabriek haalt waterstof, drinkwater én uranium uit zeewater

Onderzoekers van het Dalian Institute of Chemical Physics, onderdeel van de Chinese Academy of Sciences, beschrijven het systeem in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Energy. Het team, geleid door Deng Dehui en Liu Yanting, combineert twee technieken die normaal los van elkaar werken: elektrolyse, waarbij stroom water splitst in waterstof en zuurstof, en de ontzilting van zeewater. Door die twee processen aan elkaar te koppelen, benut de installatie 14,4 procent meer van de ingevoerde elektriciteit dan traditionele alkalische waterelektrolyse op zoet water.

Zout water is een lastige grondstof

Waterstof gemaakt met stroom uit zon en wind geldt als een schone energiedrager voor de toekomst. Zeewater is in theorie een onuitputtelijke bron, maar direct elektrolyse toepassen op zeewater levert problemen op. Chloride-ionen in het zoute water tasten de elektroden aan, en kalk- en magnesiumdeeltjes slaan neer op de kathode, waardoor de installatie na verloop van tijd slechter gaat werken. De gangbare oplossing is om zeewater eerst te ontzilten met omkeerosmose of distillatie en het pas daarna te elektrolyseren. Dat kost echter extra apparatuur en extra stroom.

Restwarmte verwarmt de ontzilter

De Chinese onderzoekers lossen dat energieverlies op door de warmte te hergebruiken die vrijkomt tijdens de elektrolyse. Commerciële elektrolyse-installaties draaien op zo'n 80 tot 90 graden Celsius, en ongeveer 30 procent van de gebruikte stroom verdwijnt daarbij als restwarmte van lage kwaliteit. In de nieuwe fabriek wordt die warmte naar een vacuümdistillatietoren geleid, waar zeewater bij slechts 40 tot 50 graden al kookt en verdampt. De damp condenseert vervolgens tot drinkwater. Volgens de Chinese Academy of Sciences levert het systeem meer dan genoeg water voor de eigen elektrolyseur, met water over voor ander gebruik. Het geconcentreerde restzout dat overblijft, kan worden verwerkt tot keukenzout, uranium, broom en andere grondstoffen die van nature in zeewater voorkomen.

Van proefopstelling naar schaalbaar systeem

De installatie van 250 kilowatt is de opvolger van een kleinere versie van 25 kilowatt die hetzelfde team in 2023 bouwde. Die werd destijds door de Chinese branchevereniging voor de olie- en chemische industrie bestempeld als internationaal toonaangevend. De grotere fabriek produceert jaarlijks ongeveer 380.000 normaal-kubieke meter waterstofgas met een zuiverheid van 99,99 procent, plus 256 ton drinkwater. Tijdens een test van veertig dagen, waarbij de installatie dagelijks werd gestart en gestopt, bleef de prestatie stabiel.

De onderzoekers berekenden ook wat hun methode aan kosten scheelt. Bij stroom van windturbines op land, voor 3,3 dollarcent per kilowattuur, komt de productieprijs van waterstof uit op 2,10 dollar per kilogram. Met zonne-energie van 4,9 dollarcent per kilowattuur loopt dat op tot 2,90 dollar per kilo. Beide bedragen liggen ruim onder de huidige marktprijs van ongeveer 3,90 dollar per kilogram waterstof. Volgens Deng moet vervolgonderzoek zich richten op betere katalysatoren, nog efficiëntere warmteterugwinning en het gebruik van kunstmatige intelligentie om de bedrijfsinstellingen van de installatie verder te optimaliseren.