Algemeen

Differ en Toyota maken waterstof uit lucht

Differ artificial leaf lab
Het Differ artificial leaf laboratorium werkt aan methoden om de productie van waterstofgas uit de omgevingslucht (foto's: Differ).

Het klinkt als een goocheltruc: breng een speciaal apparaat in contact met lucht, laat er zonlicht op vallen en het produceert gratis brandstof in de vorm van waterstof. Toch is dit het basisidee van onderzoeker Mihalis Tsampas van Differ (Dutch Institute for Fundamental Energy Research) in samenwerking met Toyota Motor Europe (TME).

De partners willen een systeem ontwikkelen dat waterdamp absorbeert en zonne-energie gebruikt, om die damp vervolgens op te splitsen in waterstof en zuurstof. Het onderzoeksproject wordt mogelijk gemaakt door een toekenning van het ENW PPS-fonds van NWO.

In het project verkennen Differ en Toyota een innovatieve manier om direct waterstof te produceren uit vochtige lucht. De motivatie voor dit onderzoeksproject is tweeledig. Er zijn nieuwe duurzame brandstoffen nodig om zowel onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen als de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Een van deze duurzame brandstoffen is waterstof, dat kan worden gebruikt om zonne-energie direct op te slaan. Waterstof in combinatie met zuurstof levert energie op in de vorm van elektriciteit en verder alleen water.

Damp in plaats van vloeistof

Bij hun zoektocht naar oplossingen stuitte Toyota op de Catalytic and Electrochemical Processes for Energy Applications-groep van Differ. De groep werkte aan een methode om water te splitsen in de dampfase, die veel vaker voorkomt dan de vloeibare fase. “Werken met gas in plaats van met vloeistof heeft verschillende voordelen”, legt Differ-onderzoeker Mihalis Tsampas uit.

“Met vloeistoffen zijn een paar technische problemen gemoeid, zoals ongewenste belvorming. Bovendien hebben we, door gebruik te maken van water in de gasfase in plaats van de vloeibare fase, geen dure installaties nodig om het water te zuiveren. En omdat we alleen water gebruiken dat in de omringende lucht aanwezig is, is de technologie ook bruikbaar op afgelegen plaatsen waar verder geen water beschikbaar is.”

Aangetoonde werking

Het afgelopen jaar hebben Differ en Toyota in een gezamenlijke haalbaarheidsstudie al aangetoond dat het beoogde principe werkt. De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe vaste stof foto-elektrochemische cel die in staat was om eerst water uit omgevingslucht te vangen en vervolgens onder invloed van zonlicht waterstof te produceren. Dit eerste prototype haalde meteen al 60% tot 70% van de hoeveelheid waterstof die is te maken uit vloeibaar water. Het systeem is een membraanreactor waarin polymere elektrolytmembranen, poreuze foto-elektroden en materialen die water absorberen zijn gecombineerd.

waterstof uit lucht Differ
De fotoelektrochemische cel in het artificial leaf laboratorium.

Met zijn pionierswerk aan de eerste in massa geproduceerde sedan op waterstof draagt Toyota actief bij aan manieren om waterstof te produceren zonder fossiele brandstoffen. Dit past binnen de Toyota Environmental Challenge 2050, waarin het concern mikt op nul CO2-uitstoot tijdens alle levensfases van de voertuigen. Waterstof uit duurzame bron helpt om de uitstoot van broeikasgas terug te dringen. Met dit soort fundamenteel onderzoek werkt de autofabrikant richting een maatschappij waar betaalbare, gemakkelijk te gebruiken waterstoftechnologie beschikbaar is voor zowel de eigen activiteiten als de klant.

Verbeteren en opschalen

In het nieuwe project gaan de partners hun bestaande systeem verbeteren. In het eerste prototype gebruikten ze model foto-elektroden waarvan bekend is dat ze stabiel zijn. Maar het materiaal dat daarvoor werd gebruikt, absorbeert alleen UV-licht, dat minder dan vijf procent uitmaakt van al het zonlicht dat de aarde bereikt. In een volgende stap gaan de onderzoekers innovatieve materialen toepassen en de systeemarchitectuur optimaliseren om zowel de waterinname als de hoeveelheid geabsorbeerd zonlicht te vergroten.

Zodra deze hindernis is genomen, verschuift de focus naar het opschalen van de technologie. De huidige foto-elektrochemische cellen voor waterstofproductie zijn erg klein, in de orde van een vierkante centimeter. Om economisch levensvatbaar te kunnen zijn, moet hun omvang ten minste twee tot drie ordes van grootte worden opgeschaald. Uiteindelijk willen de onderzoekers dit soort systemen terugzien in huizen, waar ze de waterstof produceren die nodig is om een auto voor dagelijks woon-werkverkeer van brandstof te voorzien.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven