Klimaat & energie › Groene waterstof & e-fuels
Zon zet rechtstreeks waterstof: Australisch duo haalt 10%-rendement
Het Amerikaanse bedrijf SunHydrogen en het Australische Sparc Hydrogen hebben in labtests een rendement van meer dan 10% gehaald bij het rechtstreeks omzetten van zonlicht in waterstof. De twee bedrijven gaan de komende twee jaar samen testen of hun technologieën kunnen worden gecombineerd tot een werkend systeem onder de felle Australische zon.
Waterstof maken zonder eerst stroom op te wekken: dat is het idee achter de samenwerking tussen SunHydrogen en Sparc Hydrogen. De twee bedrijven meldden onlangs dat hun modules in laboratoriumtests een groene waterstof-rendement van meer dan 10% haalden, gemeten als solar-to-hydrogen (STH) efficiëntie. Dat getal geeft aan welk deel van de binnenkomende zonne-energie uiteindelijk als chemische energie in waterstof terechtkomt. Een systeem van 10% zet dus een tiende van alle opgevangen zonne-energie om in bruikbare waterstof.
Het is een belangrijke stap voor het onderzoek, maar geen wereldrecord. Het Amerikaanse onderzoeksinstituut NREL noteerde in 2017 al een STH-rendement van 16,2% met een ander soort systeem. NREL waarschuwt bovendien dat metingen van zonne-waterstofsystemen sterk kunnen verschillen tussen laboratoria zolang er geen strikte, gestandaardiseerde testmethode is.
Geen omweg via elektriciteit
Bij gangbare groene waterstof wekken zonnepanelen of windturbines eerst stroom op, die vervolgens naar een elektrolyser gaat. Die splitst water met behulp van elektrolyse in waterstof en zuurstof. SunHydrogen slaat die tussenstap over. De modules van het bedrijf combineren fotovoltaïsche en elektrochemische onderdelen zodat zonlicht rechtstreeks de waterontleding aandrijft, een vorm van kunstmatige fotosynthese. Sparc Hydrogen gebruikt een verwante maar andere route: het bundelt zonlicht met spiegels op een fotokatalytisch materiaal, dat vervolgens de chemische reactie in gang zet. Die techniek komt voort uit onderzoek van scheikundige Greg Metha van de University of Adelaide, wiens team in 2021 al liet zien dat geconcentreerd zonlicht waterstof kan produceren.
Meer zon, meer waterstof
De combinatie is aantrekkelijk omdat SunHydrogens modules mogelijk profiteren van de intense lichtbundeling die Sparcs reactoren al gebruiken. Eerste tests wijzen die kant op: hoe meer de onderzoekers het zonlicht concentreerden, hoe meer waterstof de modules produceerden, zonder dat het systeem daardoor minder goed ging werken.
Van lab naar buitenlucht
De komende maanden verhogen de partners de lichtintensiteit verder in het laboratorium, voordat het systeem buiten wordt getest bij Sparcs proefinstallatie SHARP in het Australische Roseworthy. De resultaten voeden een gezamenlijke techno-economische analyse, die moet uitwijzen wat een kilo waterstof met deze methode uiteindelijk zou kosten. Die kostprijs is minstens zo belangrijk als het rendementscijfer: een hoger rendement bespaart ruimte en materiaal, maar catalysatoren, optiek, koeling en onderhoud tellen ook mee. Vooral duurzaamheid is een zorgpunt, want de halfgeleidermaterialen in dit soort systemen kunnen volgens NREL verslechteren door langdurig contact met de waterige oplossing waarin ze werken. Slagen de bedrijven erin hun doelen te halen, dan krijgt Sparc Hydrogen achttien maanden de tijd om te onderhandelen over een langetermijncontract of een productielicentie voor de SunHydrogen-modules.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Als deze techniek uiteindelijk betaalbaar en duurzaam blijkt, zou waterstof kunnen worden gemaakt zonder de omweg van aparte zonnestroom en elektrolysers, wat installaties compacter en mogelijk goedkoper maakt. De komende buitentest bij SHARP moet uitwijzen of het labresultaat ook standhoudt onder echte, wisselende zonlichtomstandigheden.
- STH-efficiëntie
- Solar-to-hydrogen efficiëntie: het percentage van de zonne-energie die een systeem daadwerkelijk omzet in chemische energie opgeslagen in waterstof.
- Elektrolyse
- Het met behulp van elektrische stroom splitsen van water in waterstof en zuurstof, de gangbare manier om groene waterstof te maken.
- Kunstmatige fotosynthese
- Een techniek waarbij zonlicht rechtstreeks, zonder tussenstap van elektriciteit, wordt gebruikt om brandstof zoals waterstof te maken.
- Fotoelektrochemische cel
- Een apparaat dat licht omzet in elektrische lading en die lading direct gebruikt om een chemische reactie, zoals waterontleding, aan te drijven.
- Fotokatalytische waterontleding
- Een proces waarbij een materiaal onder invloed van licht water splitst in waterstof en zuurstof, zonder aparte elektrische stroom.
- Techno-economische analyse
- Een berekening die de technische haalbaarheid van een technologie combineert met de verwachte kosten, bijvoorbeeld de prijs per kilo geproduceerde waterstof.
- Pilotschaal
- De testfase waarin een technologie, na succes in het laboratorium, wordt beproefd op een grotere, meer realistische schaal voordat ze commercieel wordt ingezet.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
