Groene waterstof uit zeewater? Dit vloeibare metaal maakt het mogelijk

Wetenschappers hebben een manier gevonden om schone waterstof te produceren met vloeibaar gallium en zonlicht. De methode werkt zelfs met zeewater en het gebruikte metaal kan steeds opnieuw worden ingezet.

Waterstof wordt door velen gezien als een deel van de oplossing voor het klimaatprobleem. Wanneer je het verbrandt, komt er alleen waterdamp vrij, geen CO2. Alleen is er een groot probleem: het overgrote deel van de waterstof die we vandaag de dag produceren, is helemaal niet zo schoon.

Het grootste deel van de huidige productie is ‘grijs’, dat wil zeggen gemaakt uit aardgas, waarbij wel degelijk broeikasgassen vrijkomen. ‘Blauwe’ waterstof gebruikt dezelfde methode, maar vangt de CO2 op. Alleen ‘groene’ waterstof, gemaakt door water te splitsen met hernieuwbare energie, is echt schoon. De techniek is voorlopig echter nog duur en vergt veel energie.

Wetenschappers zoeken daarom voortdurend naar nieuwe manieren om schone waterstof te produceren. Onderzoekers van de University of Sydney hebben nu een alternatieve aanpak ontwikkeld.

Hoe werkt het?

Gallium is geen naam waar de meeste mensen warm of koud van worden, maar het is een bijzonder spul. Op een warme zomerdag, vanaf zo’n 30 graden, smelt het gewoon in je hand. De Australische onderzoekers maakten er kleine druppeltjes van met geluidsgolven, gooiden die in water en zetten ze in het zonlicht.

Wat er dan gebeurt, is dat het zonlicht de galliumdruppels opwarmt, waarna ze reageren met het water en boem: waterstofgas. Maar er ontstaat ook een vast materiaal, gallium-oxyhydroxide, dat normaal gesproken de hele boel zou blokkeren. Alleen doet het dat niet. Het bladdert er gewoon weer af, waardoor de reactie vrolijk kan doorgaan tot al het gallium is omgezet.

Het proces is bovendien circulair. Je kan het gallium achteraf gewoon terugwinnen en opnieuw gebruiken, menen de onderzoekers. Als je die terugwinning doet met stroom van zonnepanelen, heb je een volledig groen proces.

Zeewater geen probleem

Een extra voordeel is dat de methode probleemloos werkt met zeewater. Veel bestaande technieken voor groene waterstofproductie hebben zuiver water nodig, schaars spul in grote delen van de wereld. Dit systeem trekt zich daar niks van aan. Zout spoelt er achteraf gewoon weer af.

De onderzoekers haalden tijdens een experiment binnen anderhalf uur bijna de maximale opbrengst met geconcentreerd zonlicht. Zelfs op een bewolkte winterdag lukte het ze om 98 procent van de theoretische opbrengst te halen binnen twee uur.

Hoe efficiënt is het?

De vraag is natuurlijk hoeveel energie dit uiteindelijk oplevert. Het complete proces (waterstof maken én het gallium terugwinnen) heeft een efficiëntie van ongeveer 13 procent. Dat klinkt niet spectaculair, maar bedenk dat zonlicht gratis is. Moderne zonnepanelen halen ruim 20 procent, maar die moeten nog een elektrolyser voeden die ook weer verliezen heeft.

Een ander voordeel: bij deze reactie komt alleen waterstof vrij, geen zuurstof. Dat scheelt behoorlijk wat veiligheidsrisico’s, want een mengsel van beide is nogal explosief. En de temperatuur blijft onder het kookpunt van water, wat het geheel een stuk makkelijker beheersbaar maakt.

Praktische uitdagingen

Maar voor je al te enthousiast wordt: er is nog een lange weg te gaan. Gallium is niet goedkoop. Het wordt vooral gewonnen als bijproduct van de productie van aluminium en kost momenteel enkele honderden euro’s per kilo. De onderzoekers stellen dat je het kunt blijven hergebruiken en dat in combinatie met gratis zonlicht en zeewater de kosten op termijn acceptabel kunnen worden, maar of dat echt zo uitpakt, moet nog blijken.

Ook de opschaling is nog een uitdaging. De experimenten zijn uitgevoerd met kleine hoeveelheden. Voor industriële toepassing moet je het proces vele malen opschalen. De wetenschappers zijn daar optimistisch over, maar dat zijn wetenschappers altijd.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook 30 liter waterstof per gram plastic per uur: Chalmers’ nieuwe methode en Waterstof als groene redder? Laten we toch maar voorzichtig zijn, zeggen onderzoekers. Of lees dit artikel: AI slurpt nu al evenveel energie als Nederland tijdens piekuren en het watergebruik is nog gekker.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: