Amerikaanse onderzoekers ontwikkelen nieuwe route naar groene waterstof met enkel zonlicht en water

In dit artikel:

Onderzoekers van Oregon State University hebben een nieuw fotokatalytisch materiaal ontwikkeld dat water rechtstreeks met zonlicht in waterstof kan omzetten. Daarmee wordt de gebruikelijke tussenstap van elektrolyse, waarbij duurzame elektriciteit nodig is om water te splitsen, overgeslagen. Dat kan leiden tot compactere installaties en lagere productiekosten voor groene waterstof.

Het materiaal, BVR-19, is een poreus metal-organic framework (MOF) waarin metaalionen zijn verbonden met organische moleculen. De onderzoekers verwerkten daarin L-cystine, een aminozuur met zwavel-zwavelbindingen. Onder invloed van licht breken die bindingen tijdelijk open, waardoor reactieve zwaveldeeltjes ontstaan die elektronen beschikbaar maken voor de vorming van waterstof.

De variant met zinkionen, BVR-19-Zn, presteerde het best. Volgens de onderzoekers werkt de elektronische structuur van zink goed samen met de zwavelverbindingen. Varianten met mangaan of koper waren minder efficiënt, omdat elektronen daar sneller opnieuw samenkwamen. Doordat de zwavelhoudende organische component zelf een actieve rol speelt, is geen afzonderlijke, kostbare metalen co-katalysator nodig. Het materiaal kan bovendien onder milde omstandigheden en rond kamertemperatuur worden geproduceerd.

De technologie is nog niet klaar om elektrolysers te vervangen. De levensduur, efficiëntie, opschaalbaarheid en kosten per kilogram waterstof moeten nog in realistische installaties worden aangetoond. De studie verscheen recent in het Journal of the American Chemical Society; Oregon State University heeft patent aangevraagd op BVR-19 en verwante materialen.