Dit zonnepaneel produceert spotgoedkope waterstof uit alleen zonlicht en water: doorbraak richting industrie
In dit artikel:
Onderzoekers van de University of Michigan hebben een nieuw type “zonnepaneel” gebouwd dat niet eerst elektriciteit genereert, maar zonlicht direct omzet in waterstof en zuurstof via fotokatalytische watersplitsing. De resultaten, recent beschreven in Nature Energy, tonen voor het eerst efficiënties die onderzoekers als economisch interessant beschouwen: in sommige labopstellingen rapporteren de auteurs tot 9 procent solar‑to‑hydrogen, met buitentests tot circa 6,1 procent. In een opschaalexperiment met geconcentreerd zonlicht werden specifieke meetwaarden van ~3,16 procent (lab) en gemiddeld ~1,64 procent (buiten bij ~204× zonlicht) gerapporteerd, afhankelijk van de testcondities.
De technisch onderscheidende stap is een nanoschaal‑architectuur opgebouwd uit ultradunne lagen galliumnitride en indium‑galliumnitride die samen een periodiek “superrooster” vormen. Dat rooster stuurt de beweging van de lichtgeproduceerde ladingsdragers (elektronen en gaten) binnen het materiaal, waardoor ze langer gescheiden blijven en meer kans krijgen om de chemische reactie van watersplits ing aan te drijven in plaats van te recombineren. Dit verschilt fundamenteel van conventionele benaderingen die vooral het oppervlak optimaliseren.
Belangrijke praktische voordelen volgen uit het ontwerp: omdat het paneel werkt met geconcentreerd zonlicht, is de benodigde actieve halfgeleideroppervlakte veel kleiner—volgens de onderzoekers meer dan honderd keer kleiner dan bij sommige traditionele systemen—waardoor dure materialen in geringere hoeveelheden volstaan. Dat draagt bij aan het pad naar betaalbare, schaalbare kunstmatige fotosynthese. Bovendien is het concept niet beperkt tot galliumnitride; de gebruikte excitonische superroosters kunnen ook op andere halfgeleiders worden toegepast, wat ruimte biedt voor materiaaloptimalisatie.
Tegelijk zijn er nog duidelijke beperkingen. De gemeten efficiënties liggen weliswaar boven de meeste eerdere fotokatalytische systemen (veel daarvan blijven onder 1 procent), maar nog onder de ~10 procent die vaak als commerciële drempel wordt genoemd. Ook zijn stabiliteit, lichtabsorptie, materiaalkosten en opschalingsstrategieën nog onopgeloste uitdagingen. Positief is dat galliumnitride‑technologie al bekend is uit de LED‑industrie, wat productiekennis biedt, maar de huidige kosten moeten omlaag.
Voor de energietransitie betekent dit dat directe zonne‑waterstof een realistischer doel wordt: het kan vooral in zonrijke, decentrale toepassingen een rol spelen (off‑grid opslag, industriële processen, synthetische brandstoffen) en de druk op elektrolysecapaciteit verminderen. De fysieke basis lijkt niet langer het grootste obstakel; de volgende stappen liggen bij ingenieurswerk: materiaalkeuze, duurtesten en systeemintegratie om dit van lab naar veld te brengen.