30 liter waterstof per gram plastic per uur: Chalmers’ nieuwe methode

Onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om waterstof te produceren met zonlicht en zonder het zeldzame metaal platina. Met behulp van geleidende plastic nanodeeltjes boeken ze veelbelovende resultaten. Toch zijn hulpstoffen voorlopig nog nodig om het proces draaiende te houden.

Waterstof maken kan op verschillende manieren. Een van die manieren is gebruikmaken van elektrolyse. Dit is, mits duurzame energie gebruikt wordt, de schoonste methode. Bij elektrolyse splitsen watermoleculen zich met behulp van elektriciteit in waterstof- en zuurstofmoleculen. Wanneer daar zonne-energie voor wordt gebruikt heet het maakproces fotokatalytische waterstofproductie. Hierbij wordt de zonne-energie niet eerst omgezet in elektriciteit, maar direct in het proces gebruikt.

“Al lang een droom”

Om water te splitsen is platina nodig als katalysator. Maar platina is zeldzaam en duur. Bovendien is winning van het metaal niet goed voor het milieu en ook niet voor de mijnwerkers. Onderzoekers van de technische universiteit Chalmers uit Zweden bedachten een platinaloze manier om waterstof te produceren, op basis van zonne-energie. Daarvoor zijn minuscule deeltjes elektrisch geleidend plastic nodig. Ondergedompeld in water reageren die deeltjes met zonlicht en hun omgeving.

Chalmers-onderzoeker Alexandre Holmes legt uit: “Het ontwikkelen van efficiënte fotokatalysatoren zonder platina is al lang een droom in deze sector. Door geavanceerd materiaalontwerp toe te passen op onze geleidende plastic deeltjes, kunnen we op een efficiënte en duurzame manier waterstof produceren zonder platina.”

Chalmers-onderzoekers zoeken al jaren naar alternatieven voor platina. Het juiste materiaalontwerp voor de geleidbare plastics lijkt nu een doorbraak te geven. De plastics die Chalmers ontwierp absorberen efficiënt licht en gaan goed samen met water. Holmes legt hun aanpassingen uit: “We hebben een manier ontwikkeld om het plastic om te vormen tot nanodeeltjes die de interactie met water verbeteren en het omzettingsproces van licht naar waterstof versnellen. Deze verbetering is te danken aan de losser gepakte, meer hydrofiele polymeerketens in de deeltjes.”

“Op de goede weg”

Tijdens waterstofproductie in hun lab monitoren de Chalmers-onderzoekers direct hoeveel waterstofgas hun methode produceert. “Met slechts één gram van het polymeermateriaal kunnen we in één uur 30 liter waterstof produceren”, zegt Holmes. Hij voegt eraan toe dat waterstofproductie op deze manier een stuk goedkoper kan worden, terwijl de prestaties van dit productietype zelfs beter zijn dan die van de platina-behoevende tegenhanger.

Ook met de vervanging van platina lukt het de Zweedse onderzoekers nog niet om zonder hulpstoffen waterstof te produceren. In hun experimenten gebruikten de onderzoekers vitamine C als antioxidant. Die stof staat elektronen af om te behoeden dat de reactie tot waterstof stagneert.

Onderzoeksleider Ergang Wang, hoogleraar aan de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie van Chalmers, zegt dat totale watersplitsing zonder additieven nog een paar jaar zal duren. “Maar we denken dat we op de goede weg zijn,” concludeert hij.