Elektrolyzer maakt van etensresten groene waterstof én plastic-grondstof

Voedselafval is wereldwijd verantwoordelijk voor zo'n 8 tot 10 procent van alle broeikasgasuitstoot, onder meer omdat het op vuilnisbelten methaan produceert. Tegelijkertijd stoot de productie van gewoon plastic jaarlijks honderden miljoenen tonnen CO2 uit en zorgt die voor microplastics in het milieu. Een team van Keele University, onder leiding van dr. Charlie Creissen en promovendus Lewis Cousins, pakt beide problemen nu in één keer aan met een nieuw type elektrolyse-apparaat.

Geen membraan meer nodig

Een gewone elektrolyzer splitst water met stroom in waterstofgas en zuurstofgas. Omdat een mengsel van die twee gassen explosief is, gebruiken fabrikanten een membraan om ze gescheiden te houden. Zulke membranen zijn duur, slijten snel en vragen veel extra elektriciteit om de reactie op gang te houden. Vaak zijn ze bovendien gemaakt met zeldzame metalen zoals iridium of platina. De onderzoekers uit Keele losten dit anders op: ze voegden moleculen uit voedselafval toe aan het systeem, waardoor de chemische reactie aan de andere elektrode verandert. Het apparaat produceert daardoor helemaal geen zuurstof meer. Zonder zuurstof is er ook geen gevaarlijk gasmengsel, en dus is het membraan overbodig geworden. Deze aanpak omzeilt wat vakmensen de zuurstofevolutiereactie noemen, normaal gesproken de traagste en duurste stap in het proces.

Snel, goedkoop en met een tweede product

Het resultaat is een systeem dat bij testen al reactiesnelheden haalt die geschikt zijn voor industrieel gebruik, en dat bij een hoge stroomdichtheid van 500 milliampère per vierkante centimeter werkt op een celspanning van minder dan 1,5 volt. Dat is aanzienlijk zuiniger dan bij conventionele elektrolyzers. "Dit onderzoek is een belangrijke stap richting fossielvrije kunststofproductie met hernieuwbare elektriciteit," aldus Creissen. Naast groene waterstof levert het proces ook grondstoffen op die kunnen dienen als basis voor duurzame plastics, gemaakt uit voedselafval in plaats van ruwe aardolie. Dat scheelt zowel bij de afvalberg als bij de CO2-uitstoot van de plasticindustrie.

Groene waterstof maakt op dit moment minder dan één procent uit van de wereldwijde waterstofproductie, vooral omdat het zoveel energie en dure materialen kost. Waterstof geldt als belangrijk hulpmiddel om zware industrieën zoals staal, cement en scheepvaart te verduurzamen, omdat die moeilijk op accu's kunnen overschakelen. Het gas kan bovendien maandenlang overtollige zonne- en windenergie opslaan. Volgens co-auteur Cousins laat het onderzoek zien dat slim ontwerp van de elektrolyzer net zo belangrijk is als de gebruikte materialen. "We hopen dat onze ontwikkeling nieuw onderzoek naar duurzame technologie inspireert," zegt hij. De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Electrochemistry.