Wetenschappers maken waterstof direct uit zeewater

Waterstof, gemaakt met groene stroom, wordt gezien als een cruciaal onderdeel in het toekomstige energiesysteem. Het is een duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen zoals aardgas en (stook-) olie en kan energie voor langere tijd opslaan.

Elektrolysers

Waterstof wordt gemaakt met behulp van een elektrolyser waarin het water gesplitst wordt in zuurstof en waterstof. Aan dit proces wordt al jaren gewerkt en er zijn inmiddels verschillende technieken ontwikkeld: met of zonder membranen en op hoge of lage temperaturen. De meest bekende elektrolysers zijn de Alkaline, zoals de 200 megawatt installatie die Shell gaat bouwen in Rotterdam en de PEM waarvan de grootste nu 20 megawatt is en in Spanje staat.

De onderzoekers van de universiteit van Houston, de Chinese universiteit van Hongkong en de Central China Normal University komen nu met een aangepaste elektrolysemethode. Het bijzondere aan het apparaat is dat het waterstof kan maken van zowel zoet als zout water. Het gebruikt daarvoor één soort materiaal als katalysator. Daarmee zou de waterstofproductie goedkoper worden en het proces eenvoudiger.

Lees ook: Israëlische start-up presenteert eerste generator op waterstofpoeder

Schaarse materialen

“Op dit moment worden er verschillende katalysatoren gebruikt voor de kathode en anode in een elektrolyser. Voor een PEM elektrolyser is dit iridium en platinum”, zegt Lennart van der Burg. Bij TNO is hij verantwoordelijk voor het onderzoek naar elektrolyse. “Dat zijn schaarse en dure materialen, dus hoe minder je daarvan nodig hebt hoe goedkoper het wordt. Maar uiteindelijk gaat het om de waterstofproductie. Die moet zo efficiënt mogelijk zijn.”

En dat ziet er veelbelovend uit. Want de onderzoekers hebben het apparaat gedurende 80 uur stabiel laten draaien. Daarbij haalden ze een energiedichtheid die zich kan meten met de bestaande systemen. Dat is knap, vindt Van der Burg. “Iets even laten werken is niet zo moeilijk. Dat ze hem 80 uur hebben laten draaien is al best een prestatie. Voldoende levensduur is erg belangrijk, liefst 80.000 uur."

Waterstof uit zout water

Deze nieuwe elektrolyse methode maakt het mogelijk om waterstof direct uit zout water te maken. Nu zijn daarvoor nog twee verschillende apparaten nodig: één om te ontzilten en één om de waterstof te maken. De vraag is of het een voordeel oplevert als beide technieken in een apparaat gecombineerd worden. “Je kan het vergelijken met wassen en drogen. Is het voordelig als je die twee in een apparaat combineert? Of is het beter om de was gewoon op te hangen.”

Toch kan het voor de toekomst best wat zijn, vindt Van der Burg. “Dit is nog op laboratoriumschaal. Er zijn nog veel stappen te zetten voordat we zeker kunnen zijn dat dit kansrijk is. Maar het is wel een interessante ontwikkeling.” Vooral in het licht van de enorme ambities voor windenergie op zee. In een eerdere studie berekende TNO dat de gehele Noordzee 280 gigawatt aan windcapaciteit herbergt. Dit kan onmogelijk via kabels allemaal naar land gebracht worden. “Als we die capaciteit willen benutten hebben we 60 gigawatt aan waterstofproductie op zee nodig volgens een van onze scenario's.”

Lees ook: Koreaanse uitvinding brengt goedkope groene waterstof binnen handbereik

Haast geboden

Daarvoor zijn elektrolysers nodig die bestand zijn tegen de barre omstandigheden op zee, weinig onderhoud nodig hebben en gebruik kunnen maken van zout water. “Dan is het misschien beter wanneer je niet een extra apparaat nodig hebt voor maken van zoet water.” Ook is het misschien een waardevolle bijdrage aan de ontwikkeling van elektrolysers die geïntegreerd zijn in windmolens op zee, zoals het project van Vestas en Vattenfall.

Waterstof produceren op zee is in opkomst. “Er zijn inmiddels nu tien pilots aangekondigd. Dus de noodzaak is er wel. Maar de industrie is conservatief. De onderzoekers zullen dus eerst moeten laten zien dat het werkt”, zegt Van der Burg.

En daarvoor is nog een lange weg te gaan. “Het moet op grote schaal geproduceerd worden. En dan moet het ook nog kunnen concurreren met andere producten in de markt. Het zou mooi zijn als ze over vijf jaar de eerste pilot lanceren.” Dat zou erg snel zijn, maar wel noodzakelijk, vindt Van der Burg. “De grootste uitdaging is om alles sneller te laten gaan. We hebben niet meer de luxe om er lang op te studeren. Als het werkt moet het zo snel mogelijk op de markt komen.”