Belgen ontwikkelen zonnepanelen die waterstof uit de lucht halen

quote:

Belgische wetenschappers kraken de code voor betaalbare groene waterstof
Onderzoekers van de KU Leuven zijn erin geslaagd om een speciaal zonnepaneel te ontwikkelen dat waterstofgas maakt uit het vocht in de lucht. Na 10 jaar ontwikkeling is het rendement van één paneel opgedreven tot 250 liter per dag, een wereldrecord volgens de onderzoekers. Twintig van deze zonnepanelen zouden een gezin een heel jaar lang van stroom en warmte kunnen voorzien. De ingenieurs toonden ons hun prototype in wereldprimeur. De eerste veldproef staat in de steigers.

Onder een fletse zon rolt het onderzoeksteam van professor Johan Martens het waterstofpaneel op het grasperk voor het Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse. Het toestel ziet eruit als een gewoon zonnepaneel. De ingenieurs hebben er een kolf met water aan gehangen zodat we de waterstofbellen kunnen zien ontsnappen. Een meter geeft de hoeveelheden aan. Na enkele seconden beginnen de eerste bubbels op te stijgen.

Waterstofgas is een energiedrager die zowel elektriciteit als warmte kan opslaan en produceren. Het is een gas dat ook geen broeikasgassen of giftige stoffen vrijgeeft als je het gebruikt. De voorwaarde is wel dat je waterstof maakt met schone energie. En dat is wat het team van professor Martens heeft ontwikkeld, een apparaat dat van zon en waterdamp waterstofgas maakt.
"Het is eigenlijk een unieke combinatie van fysica en chemie. In het begin hadden we 0,1 procent opbrengst en moesten we echt zoeken naar die waterstofmoleculen. Vandaag zie je ze in bellen naar boven komen. Dus dat is tien jaar werken, altijd maar verbeteren, de problemen zoeken. Zo kom je uiteindelijk tot iets dat effectief kan werken."

Een klassiek zonnepaneel zet 18 tot 20 procent van de zonne-energie om in stroom. Als je met die stroom achteraf ook nog water moet splitsen in waterstof en zuurstof, dan gaat er heel wat energie verloren. Precies dat hebben de Leuvense ingenieurs opgelost door een zonnepaneel te ontwerpen dat rechtstreeks waterstof maakt. Met hun paneel (1,6 m²) wordt 15 procent van het zonlicht rechtstreeks omgezet in waterstofgas. Dat is een wereldrecord.

Waterstof uit hernieuwbare energie (groene waterstof) is al jaren een belofte op de energiemarkt. Maar tot een echte doorbraak is het nog niet gekomen. Waterstof zou nog steeds duur en omslachtig zijn om te maken en te stockeren. Vandaag wordt het merendeel van de waterstof geproduceerd met behulp van olie en gas. Grijze waterstof dus, veel winst voor het klimaat of het milieu maak je daar niet mee. Maar daar komt volgens de onderzoekers in Leuven verandering in.

Vorige week liet autobouwer Toyota weten dat het met een prototype uit 2014 van het team van Martens waterstof wil produceren. Het gaat om een paneel van 10 vierkante centimeter dat op één dag 0,1 gram gas maakt.

Ondertussen zien we op de campus de meter gestaag klimmen. Ondanks de flauwe zon blijven de bubbels komen. “Over een heel jaar genomen produceert het paneel gemiddeld 250 liter per dag, dat is een wereldrecord” zegt onderzoeker Jan Rongé, “Met 20 van die panelen kan je een jaar zonder elektriciteit of gas van het net leven. Als je er nog eens 20 bijdoet kun je er ook een heel jaar met een auto op waterstof rijden.”

Een bijkomend voordeel van waterstof is dat het fossiele brandstof kan vervangen. Zowat 80 procent van onze energie komt van olie, gas of steenkool. Om de opwarming van de aarde aan te pakken is het noodzakelijk om die bronnen te vervangen, zegt Jan Rongé.

Maar waterstof is niet zonder risico’s. Het gas is net als de meeste brandstoffen licht ontvlambaar. Vooral in gesloten ruimtes kan dat gevaarlijk zijn. Tegelijk is het ook een zeer licht gas. Dat wil zeggen dat het -als het ontsnapt- meteen naar boven stijgt in plaats van boven de grond te blijven hangen. "Met waterstofgas zijn de risico’s op ongevallen niet groter dan met aardgas", stelt Rongé.

Het nieuwe prototype van het team van Johan Martens is klaar voor testen op het terrein. Voor het eerste project rijden we naar Oud-Heverlee, een landelijke gemeente in Vlaams-Brabant. In de straat van energiespecialist Leen Peeters hangt een elektriciteitskabel op leeftijd. Vroeger stonden hier maar enkele woningen, maar de laatste jaren hebben hier heel wat gezinnen bijgebouwd. Sommige bewoners rijden elektrisch. Met al dat extra verbruik willen de elektrische leidingen al eens sputteren.
Leen Peeters heeft een ingenieursbureau. Ze heeft haar huis ontworpen als een levend laboratorium voor energietoepassingen, een “living lab” waar ze verschillende technieken test, evalueert en verder uitwerkt. Het goed geïsoleerde huis draait voor een groot deel op zonnepanelen, een zonneboiler en een warmtepomp. Ze is niet aangesloten op het gasnet. Alleen in de wintermaanden gebruiken ze stroom van het net.

Binnenkort komen daar bij wijze van testcase 20 waterstofpanelen bij. Als het goed loopt dan worden er op een lapje grond in de straat nog méér waterstofpanelen gezet. Daar kunnen dan de 39 andere gezinnen in de straat mee gebruik van maken. De in de zomer geproduceerde waterstof wordt dan opgeslagen en omgezet naar elektriciteit en warmte in de winter.

Waterstof is makkelijker op te slaan dan stroom. Om stroom te bufferen heb je dure batterijen nodig die bovendien langzaam leeglopen. Het is dus geen goed plan om elektriciteit te bufferen van de zomer tot de winter. Met waterstof kan dat wel. De waterstof die in de zomer geproduceerd wordt, kan gebufferd worden in een ondergronds drukvat tot de winter. Een gezin zou ongeveer 4 kubieke meter opslag nodig hebben. Dat is de grootte van een klassieke stookolietank.

Voor Johan Martens is een proefproject als dat van Oud-Heverlee hét moment waar hij en zijn team jaren hebben naartoe gewerkt. “We wilden iets duurzaams ontwerpen dat betaalbaar is en overal kan worden ingezet. We werken met goedkope grondstoffen en we hebben geen edelmetalen of andere dure componenten nodig."

Wat de waterstofpanelen uiteindelijk gaan kosten, is nog niet bekend. De massaproductie daarvan moet nog beginnen. Maar volgens de onderzoekers zou het dus betaalbaar moeten worden. Met deze uitvinding kan de toekomst van groene energie er heel anders uitzien. De klemtoon zal veel minder liggen op grote productie-eenheden, maar op de combinatie met kleinere, lokale bronnen. Er zal ook minder energieverslindend transport van energie nodig zijn, of het nu om gas, olie of elektriciteit gaat. De onderzoekers zijn alvast optimistisch: "the sky is the limit".