Technologie nieuws

Waterstof uit zonlicht

Meerdere Japanse autofabrikanten hebben voor 2015 milieuvriendelijke waterstofvoertuigen aangekondigd. Maar deze met brandstofcellen uitgeruste elektrische auto’s hebben waterstof nodig. Onderzoekers uit Berlijn ontwikkelen momenteel een speciaal soort zonnecel, die waterstof direct uit water kan halen. Waterstof geldt als prima opslagmedium voor energieomzetting omdat wind en zon niet gelijkmatig beschikbaar zijn.

Een foto-elektrolyseapparaat is tot nog toe een visie, waar de onderzoekers van het Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI) aan willen bijdragen. Energiesystemen die direct waterstof winnen, hebben het voordeel dat ze in principe als aardgas kunnen worden behandeld. Waterstof kan in tanks worden opgeslagen of met pijpleidingen worden gedistribueerd.

Opslagmedium
Waterstofgas zou het beslissende opslagmedium kunnen worden voor de toekomstige energie-industrie. Tot nu toe wordt het meestal uit fossiele bronnen als aardgas gewonnen. De onderzoekers waarschuwen echter voor overhaaste verwachtingen. Het is fundamenteel onderzoek en is over drie jaar nog niet te koop.

Het doel van de Duitse en ook Japanse collega is, de basis voor een kunstmatig blad te creëren. Zoals een boom biomassa in bladeren opwekt met energie uit zonlicht, zo moet het kunstmatige blad water direct opsplitsen in waterstof en zuurstof. De zonnecel bevindt zich daarvoor in een waterbak, waarin zonlicht kan schijnen.

De gassen moeten niet gelijktijdig worden gevormd; dat zou namelijk het explosieve knalgas vormen. De onderzoekers zijn vooral geïnteresseerd in het waterstof (solaire brandstof). De verbinding van waterstof en zuurstof behoort tot de meest energierijke. Uit de reactie van waterstof met zuurstof kunnen weer grote hoeveelheden energie worden teruggewonnen. Dat proces is bovendien milieuvriendelijk, want er ontstaat alleen water.

Directe splitsing
De directe splitsing van waterstof onder invloed van licht is in 1970 voor het eerst waargenomen door Japanse onderzoekers. Het naar hen genoemde Honda-Fujishima-effect houdt sindsdien de wetenschap bezig. De ontdekking lukte met titaandioxide, een veelgebruikte witte kleurstof.

Daar ligt ook het probleem, want titaandioxide absorbeert nauwelijks licht. De opbrengst van waterstof is daarom gering. De onderzoekers hebben daarom naar donkere halfgeleiders gezocht, die door de omvorming van zonlicht precies die hoeveelheid energie in contact met het water kunnen overbrengen, die nodig is voor het splitsen van de watermoleculen. En deze cel moet natuurlijk ook jarenlang probleemloos stabiel functioneren. Er bestaan materialen, die het splitsen van water goed aankunnen, maar binnen een minuut stuk gaan.

De ervaringen met de ontwikkeling van lichtdioden hebben hun vruchten afgeworpen. De gezamenlijke metingen met collega’s van het Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) toonden aan, dat het ontwikkelde materiaal (gebaseerd op indium-gallium-nitride ofwel InGaN) als elektrode voor de waterstofopwekking uit zonlicht veelbelovend is.

Het materiaal werkt efficiënt en stabiel en wordt ook gebruikt voor laserdioden, die een gebied afdekken tussen groen en ultraviolet. Deze worden onder meer toegepast in de belichtingstechniek of bij het afspelen van Blue-Ray disks.
 

Golflengte
Door het verschil in delen galliumnitride en indiumnitride kan licht met een verschillende golflengte worden verkregen (omzetting van elektrische energie in licht) of – in de zonnecel (lichtenergie in elektrische energie) – worden opgenomen. Op deze manier kan in zonnecellen een groter spectrum van zonlicht worden opgevangen.

Maar de natuur maakt het de wetenschappers niet eenvoudig. Voor het kweken van de kristallaag is een basis nodig die overeenkomt met het kristalrooster. Voor het indium-gallium-nitride bestaat echter geen basis die hieraan voldoet. Japanse onderzoekers negeerden het niet passende kristal en maakten verschillende proefstukken in de moleculairstraalepitaxie-installatie van het Paul-Drude-Institut.

Hierbij worden in ultrahoog vacuüm stralen van indium- en galliumatomen en stikstofradicalen op een oppervlak (in dit geval silicium) gericht. Door het regelen van de temperatuur in de verdamperfilter konden verschillende structuren en samenstellingen worden verkregen.

Vorderingen en uitdagingen
Uiteindelijk kon het kristalrooster toch worden verschalkt. Als er dan geen laagje mogelijk is, dan toch wel de minuscule nanodraadjes, die de onderzoekers op de siliciumbasis lieten groeien. Dat maakt het mogelijk om veel licht op te vangen.


Nanovezels van InGaN, die worden voorzien van enkele vreemde magnesium atomen (p-dotering) laten een relatief hoge fotostroom zien, terwijl gelijktijdig waterstof aan de grensvlakken van de nanodraden met het water wordt ontwikkeld. Co-katalysatoren zoals platina verbeteren de reactie.

De onderzoekers noemen de resultaten bemoedigend. De nanodraden absorberen over een breed spectrum licht en zetten dit om een stroom. De proben lossen ook niet op, maar leveren over een lange meetperiode constante resultaten bij de waterstofproductie.

Toch hebben ze nog een lange weg te gaan. Voor het opwekken van zuurstof aan de andere elektrode moest tot nog toe gewerkt worden met hulpspanning van buitenaf. Het volgende doel is nu om de waterstofopwekking autonoom (alleen uit energie van het zonlicht) te halen.

  • Nog sneller producten ontwikkelen met SolidWorks 2022

    SolidWorks 2022 bestaat uit een serie flexibel te gebruiken en aanpasbare oplossingen voor ontwerp, documentatie, informatiemanagement en validaties. (Foto: Dassault Systèmes) Dassault Systèmes introduceert SolidWorks 2022, een nieuwe versie van de applicaties voor 3D-ontwerp en engineering. Het bevat veel nieuwe en verbeterde functies voor het… Lees verder →

  • Volkswagen opent nieuw lab voor ontwikkeling en productie accucellen

    Schematische voorstelling: Van idee tot productie (Beeld: Volkswagen)Volkswagen Group Components heeft in Salzgitter (Duitsland) één nieuw laboratoria voor celonderzoek en -ontwikkeling in Europa geopend. Met dit nieuwe lab breidt de onderneming haar expertise in accutechnologie verder uit en zet ze een volgende stap in de… Lees verder →

  • Miljoenen investeringen voor verdere ontwikkeling Lightyear One

    Momenteel onderzoekt Lightyear verschillende opties, zowel publiek als privaat, voor verdere fondsenwerving voor het massamarktmodel van Lightyear, die naar verwachting in 2024 in productie zal gaan. (Foto: Lightyear)Lightyear, het high-tech bedrijf dat ‘s werelds eerste lange-afstands zonneauto ontwikkelt, heeft tot op heden in 2021 110… Lees verder →

  • Schroefveerkoppelingen verhogen de levensduur van straatfrezen

    Schroefveerkoppeling van Torsion Control Products voor inzet bij asfaltfrezen (Foto: TCP)Door hun speciale torsieflexibiliteit zijn veerkoppelingen van Torsion Control Products (TCP) geschikt voor de toepassing in mobiele machines in de wegenbouw waarbij moderne dieselmotoren worden toegepast. Voor een fabrikant van straatfrezen ontwikkelde TCP een oplossing… Lees verder →

  • SPS 2021 Neurenberg gaat on-site en digitaal

    Van 23-25 november 2021 worden in Neurenberg ongeveer 750 exposanten verwacht op SPS 2021. Zelfs in tijden van COVID-19 staat SPS (Smart Production Solutions) op de kalender van de automatiseringsindustrie. Na een succesvol pilot event in München zijn sinds 1 augustus 2021 weer beurzen toegestaan… Lees verder →

  • Bosch Rexroth opent klanten- en innovatiecentrum in Ulm

    Bosch Rexroth demonstreert het potentieel van modulaire en sterk gedigitaliseerde productie op een oppervlakte van ongeveer 500 vierkante meter (Foto: Bosch Rexroth).Bosch Rexroth opent zijn klanten- en innovatiecentrum in het Science Park in Ulm. De in 2019 aangekondigde nieuwbouw is voltooid. Met het nieuwe centrum… Lees verder →

  • Schneider Electric introduceert online selfserviceportaal voor machinebouwers

    Schneider Electric introduceert mySchneider voor machinebouwers. (Foto: Schneider Electric)Schneider Electric introduceert mySchneider voor machinebouwers: een online portaal voor zakelijke partners die actief zijn in de machinebouw en industriële automatisering. Met dit nieuwe platform biedt het bedrijf partners een vereenvoudigde en gepersonaliseerde digitale ervaring afgestemd op… Lees verder →

  • Hoog presterende miniatuur NSK kogelomloopspindels

    De nieuwe kogelomloopspindels zijn onder meer geschikt in apparatuur voor de halfgeleiderindustrie, waar uitzonderlijk hoge eisen worden gesteld aan doorloopsnelheid en nauwkeurigheid bij de chipmontage. (Foto: NSK)NSK Linear Motion Control heeft een nieuwe serie hogesnelheid miniatuur kogelomloopspindels geïntroduceerd. De serie biedt een aantal voordelen voor… Lees verder →

  • Vitesco investeert in productie 800V elektromotoren

    De toevoeging van 800 V-motortechnologie voor het EMR4-platform maakt het portfolio verder compleet. (Foto: Vitesco)Vitesco Technology, leverancier van moderne aandrijftechnologieën en elektrificatieoplossingen zet een nieuwe stap met betrekking tot zijn 800V-technologieroadmap. Na de introductie van een 800V-omvormer een half jaar geleden, bereidt het technologiebedrijf nu… Lees verder →

  • Dana introduceert elektrische e-Powershift transmissie

    Dana versnelt elektrificatie van ondergrondse mijnbouwvoertuigen met een elektrische e-Powershift transmissie. (Foto: Dana)Dana introduceert de nieuwe Spicer Electrified e-Powershift-transmissie, een modulaire en flexibele oplossing met twee snelheden. Het zorgt voor power take-off voor geëlektrificeerde mijnbouwvoertuigen. De e-Powershift-transmissie vereenvoudigt de elektrificatie van de mijnbouwindustrie. De transmissie… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven