De ontleding van water: twee watermoleculen (H2o) worden ontleed in 2 waterstofmoleculen (H2) en één zuurstofmolecule (O2). JSquish/Wikimedia Commons/CC BT-SA 3.0

Nieuwe methode om waterstof uit water te halen bijna twee keer zo efficiënt

Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om waterstof uit water te onttrekken die bijna de dubbele hoeveelheid waterstof oplevert per millivolt elektriciteit die gebruikt wordt tijdens het proces. Ze deden dat door gebruik te maken van een gelaagde katalysator waar ze pulserende elektrische stroom doorstuurden. De nieuwe methode kan helpen om hernieuwbare energie op te slaan in de vorm van een duurzame brandstof, zeggen de onderzoekers. 

Bij elektrolyse wordt elektriciteit gebruikt om de verbindingen tussen de waterstof- en zuurstofatomen in water te verbreken en zo waterstof- en zuurstofgas te verkrijgen. 

Als de elektrische stroom voor de elektrolyse afkomstig is van hernieuwbare bronnen zoals wind- of zonne-energie, komt er bij het hele proces geen bijkomende CO2 in de atmosfeer terecht, en draagt het dus ook niet bij tot de opwarming van de aarde. Waterstofgas kan dan gebruikt worden als een uitstootvrije brandstof in bijvoorbeeld auto's of bussen of om huizen mee te verwarmen. 

Het internationale team van onderzoekers uit het Verenigd Koninkrijk, Portugal, Duitsland en Hongarije legde zich toe op het vinden van een efficiëntere manier om waterstof te produceren met de elektrokatalytische watersplitsingsreactie. Daarbij worden elektrische stroom en een katalysator gebruikt om de watermoleculen te splitsen. 

De onderzoekers ontdekten dat elektroden die bedekt waren met een katalysator van molybdeentelluride, een verbinding van molybdeen en telluur, een grotere hoeveelheid waterstofgas bleken te produceren tijdens de elektrolyse als er een specifiek patroon van sterke stroomstoten doorgestuurd werd. Door de stroomstoten door de zure elektrolyt - die vloeistof in het proces - te optimaliseren, konden de onderzoekers de hoeveelheid energie die nodig was om een bepaalde hoeveelheid waterstof te produceren, verminderen met bijna 50 procent.  

Machinaal leren

Doctor Alexey Ganin van de School of Chemistry van de University of Glasgow leidde het onderzoeksteam. "Momenteel voorziet het VK in zowat een derde van zijn energiebehoeften uit hernieuwbare bronnen, en in Schotland is dat cijfer zowat 80 procent."

"Experts voorspellen dat we weldra het punt zullen bereiken waarop we meer hernieuwbare energie produceren dan we nodig hebben. Zoals de zaken er nu voor staan, moet het overschot aan opgewekte energie gebruikt worden zodra het geproduceerd is, of het gaat verloren. Het is dan ook essentieel dat we een stevige reeks methoden ontwikkelen om die energie op te slaan voor later gebruik."

"Batterijen zijn één manier om dat te doen, maar waterstof is een zeer veelbelovend alternatief. Ons onderzoek verschaft belangrijke nieuwe inzichten in het produceren van waterstof door elektrolyse op een meer efficiënte en meer economische manier, en we zijn vastbesloten om deze veelbelovende richting van onderzoek voort te zetten", zei Ganin.

Aangezien de productie van meer waterstof gecontroleerd wordt door elektrische stromen, zou de recente vooruitgang in het machinaal leren gebruikt kunnen worden om de juiste opeenvolging van de toegediende stroomstoten nauwkeurig af te stellen om zo een maximale opbrengst te verkrijgen. 

De volgende stap voor het team is dan ook het ontwikkelen van een artificiële-intelligentie-protocol om de menselijke input te vervangen in de zoektocht naar de meest efficiënte elektronische structuren voor gebruik in soortgelijke katalytische processen. Algoritmes zullen dan kunnen uitzoeken wat de meest efficiënte opeenvolging van stroomstoten is. 

Het onderzoek van het internationaal team is gepubliceerd in Nature Communications. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de University of Glasgow.