Waterstof rechtstreeks uit de zee en schoner water als bonus: zo werkt deze nieuwe zonnecel

In dit artikel:

Onderzoekers van de Nanyang Technological University (NTU) in Singapore hebben een zonnecelachtig ‘kunstmatig blad’ ontwikkeld dat met zonlicht rechtstreeks waterstof uit zeewater produceert. Tegelijk breekt het systeem hydrazine af, een zeer giftige stof die onder meer in industrieel afvalwater voorkomt. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.

Waterstofproductie uit zeewater is aantrekkelijk omdat er geen schaars zoetwater of voorafgaande ontzilting voor nodig is. Chloride in zeewater kan bij gewone elektrolyse echter ongewenste, corrosieve chloorverbindingen vormen. Daarom laat het NTU-team onder leiding van materiaalwetenschapper Lydia Wong aan de anode hydrazine reageren. Daarbij ontstaan stikstof en waterstof, terwijl minder energie nodig is dan voor de gebruikelijke zuurstofvorming. Een katalysator van ijzer, kobalt en chroom helpt corrosie en chloorvorming te beperken.

De lichtgevoelige kathode bestaat uit loodhalogenide-perovskiet en is beschermd tegen aantasting door een geleidende laag met onder meer zilver, koper en titanium. In tests met kunstmatig en echt zeewater haalde het systeem een fotostroomdichtheid van 25 mA/cm². Onder licht vergelijkbaar met helder zonlicht bleef het meer dan 72 uur stabiel en produceerde het 466 micromol waterstof per vierkante centimeter per uur. De hydrazineconcentratie daalde binnen dertig uur van 0,5 molair naar 0,5 parts per billion.

De onderzoekers zien het concept als een combinatie van waterstofproductie en afvalwaterzuivering. Ze willen nieuwe katalysatoren ontwikkelen die ook andere verontreinigingen kunnen afbreken en mogelijk omzetten in brandstoffen of bruikbare chemicaliën. Het systeem bevindt zich nog in de onderzoeksfase, maar kan uitgroeien tot een zonnegedreven reactor die afval tegelijk verwerkt en benut.