Waterstofproductie wordt bijproduct-fabriek: Israëlisch proces haalt 98% rendement

Groene waterstof geldt als een belangrijke bouwsteen voor de energietransitie, maar blijft duurder dan waterstof die met fossiele brandstoffen wordt gemaakt. Een team van het Technion, het Israel Institute of Technology, denkt een deel van dat prijsverschil te kunnen wegnemen met een slimme aanpassing van het productieproces. In plaats van het nutteloze bijproduct zuurstof produceren ze een epoxide: een veelgebruikte chemische stof in coatings, lijmen, kunststoffen en medicijnen. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Het team, onder leiding van professor Avner Rothschild en postdoconderzoeker Guilin Ruan, rapporteert een efficiëntie van 98 procent voor zowel de waterstofproductie als de parallelle productie van de epoxide. Dat betekent dat slechts ongeveer 2 procent van de gebruikte elektrische stroom verloren gaat aan ongewenste nevenreacties, een opvallend laag verlies voor dit soort chemische processen.

Hoe werkt de truc met zuurstof?

Groene waterstof ontstaat normaal gesproken via elektrolyse: met stroom uit zon of wind wordt water gesplitst in waterstofgas en zuurstofgas. Die zuurstof is meestal weinig waard en wordt vaak gewoon de lucht in gelaten. De Technion-onderzoekers draaiden die logica om. Aan de andere elektrode van hun opstelling laten ze, in plaats van zuurstof, een epoxide ontstaan. Daarmee verandert een overbodig bijproduct in een verkoopbare grondstof voor de chemische industrie.

De techniek bouwt voort op eerder werk van Rothschild aan membraanloze elektrolyse, een methode waarbij de twee elektrodereacties van elkaar gescheiden worden zonder dat daar een fysiek membraan tussen nodig is. Dat eerdere concept is al gecommercialiseerd door het bedrijf H2Pro, dat voortkomt uit hetzelfde laboratorium. Het nieuwe systeem combineert waterstofproductie voor het eerst met de synthese van een bruikbare chemische stof, door de elektrodes, een zogeheten redoxmediator, het gebruikte oplosmiddel en de opstelling van het hele systeem zorgvuldig op elkaar af te stemmen in plaats van te focussen op één onderdeel.

Twee producten in plaats van één

Het economische voordeel is volgens de onderzoekers duidelijk: een elektrolyse-installatie die twee verkoopbare producten aflevert in plaats van waterstof plus een bijna waardeloos restgas, kan sneller winstgevend worden. Dat zou de weg vrijmaken voor meer investeringen in groene waterstof, die nu nog relatief duur is in vergelijking met waterstof uit aardgas. De onderzoekers melden ook dat hun systeem een stroomdichtheid aankan die geschikt is voor grootschalige industriële elektrolyse, en spreken van een hoge Faradaic efficiëntie.

Toch is voorzichtigheid geboden: het gaat om laboratoriumresultaten. De studie toont niet aan dat de technologie al klaar is voor commerciële toepassing op grote schaal, en er is nog onderzoek nodig naar hoe het proces presteert bij langdurig, continu industrieel gebruik. Het team heeft inmiddels wel een Amerikaanse patentaanvraag ingediend. Het onderzoek werd gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad via het H2Bro-project, een vervolg op een eerdere ERC Advanced Grant die Rothschild in 2023 ontving, en maakt deel uit van het Israëlische onderzoeksinitiatief Waste to Value.