Het opent nieuwe deuren om op een duurzame manier brandstof te generen.

Waterstof is een aantrekkelijke optie om als brandstof te gebruiken. Zo is een waterstofauto milieuvriendelijk en produceert geen emissies. Onderzoekers komen nu met een nieuwe manier op de proppen om waterstof te generen. Want met behulp van zonne-energie, elektroden en zout water, kom je al een heel eind.

Hoe werkt het precies?


Het splitsen van water en zuurstof met elektriciteit is op zich een eenvoudig en oud idee. Zo wordt er bij de methode – die elektrolyse heet – een energiebron aangesloten op twee elektroden die in water zijn geplaatst. Wanneer de stroom wordt ingeschakeld, borrelt waterstofgas uit het negatieve uiteinde (kathode) en komt er zuurstof vrij aan het positieve uiteinde (anode).

Waterstof
In de studie demonstreren de onderzoekers een nieuwe manier om waterstof en zuurstofgas via elektriciteit van zeewater te scheiden. Bestaande methoden voor het splitsen van water zijn afhankelijk van zeer gezuiverd water. En dat is kostbaar. “Om steden en auto’s van stroom te voorzien is heel veel waterstof nodig,” zegt onderzoeker Hongjie Dai. “Het is daardoor niet mogelijk om gezuiverd water te gebruiken. We hebben nauwelijks genoeg water voor onze eigen behoeften.” Dus gingen de onderzoekers op zoek naar een andere methode.

Nikkel
Aangezien we een enorme oceaan tot onze beschikking hebben, zochten de onderzoekers uit of zout water ook kan werken. Echter kan negatief geladen chloride in het zoute zeewater de anode aantasten, waardoor het systeem geen lang leven is beschoren. Maar de onderzoekers ontdekten dat als ze het positieve uiteinde bekleedden met lagen die rijk zijn aan negatieve ladingen, dit chloride afstoot. Daarom plaatsten ze nikkel-ijzerhydroxide bovenop nikkelsulfide dat een kern van nikkelschuim bedekt. Het nikkelschuim werkt als een geleider en transporteert elektriciteit uit de energiebron. Het nikkel-ijzerhydroxide voedt de elektrolyse waardoor water wordt gescheiden in zuurstof en waterstof. Tijdens elektrolyse verandert het nikkelsulfide in een negatief geladen laag die de anode beschermt. Net zoals de negatieve uiteinden van twee magneten tegen elkaar duwen, stoot de negatief geladen laag het chloride af. “Zonder de negatief geladen coating werkt de anode slechts 12 uur,” zegt onderzoeker Michael Kenney. “Maar met de laag is de levensduur meer dan duizend uur.”

Voordelen
Het ontwerp van de onderzoekers heeft nog meer voordelen. Eerdere studies die probeerden om zeewater om te zetten in waterstofbrandstof, konden maar weinig stroom gebruiken om corrosie te voorkomen. Omdat het apparaat in de huidige studie bestaat uit meerdere lagen, kunnen ze tot wel tien keer meer elektriciteit gebruiken waardoor er sneller waterstof uit zeewater gegenereerd kan worden. “Ik denk dat we een record hebben neergezet in het splitsen van zeewater,” zegt Dai.

Hoewel de meeste experimenten in het laboratorium plaatsvonden, ontwierp het team ook een machine op zonne-energie, die waterstof en zuurstofgas scheidde uit zeewater verzameld uit de baai van San Fransisco. In de toekomst zou de technologie ook voor meer doeleinden kunnen worden gebruikt. Omdat er bij het proces ook zuurstof ontstaat, zouden bijvoorbeeld duikers of onderzeeërs ook gebruik kunnen maken van hetzelfde mechanisme.