Leuvense wetenschappers ontwikkelen zonnepaneel dat waterstof maakt uit de lucht

Een zonnepaneel dat waterstof maakt uit het vocht in de lucht, tot 250 liter per dag. Onderzoekers van de KU Leuven hebben die wereldprimeur sinds kort op hun naam staan. “Ons zonnepaneel is het ontbrekende puzzelstuk om een woning volledig op hernieuwbare energie te laten draaien”, aldus professor Johan Martens. Ten vroegste over twee jaar kan de productie starten.   

Professor Johan Martens en zijn onderzoeksteam van het Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse hebben tien jaar gewerkt aan hun zonnepaneel en maakten hun uitvinding eind februari bekend aan het grote publiek. “We zijn vertrokken van het idee om een energiesysteem te bouwen dat overal werkt”, legt professor Johan Martens uit. “Zonlicht en water zijn overal voorhanden, zelfs in de woestijn. Ons paneel vangt water uit de lucht en zet het op een zo efficiënt mogelijke manier om in waterstof en zuurstof, die apart worden opgevangen.” De technische details wil de professor om evidente redenen niet prijsgeven maar het nieuwe zit hem in de manier van het vangen en splitsen van water. Vandaag wordt waterstof doorgaans geproduceerd door middel van elektrolyse. Deze technologie wordt voornamelijk toegepast om het net te ontlasten bij overproductie. De klassieke technologie is grootschalig en energie-intensief, terwijl het systeem van professor Martens met veel lagere stroomdichtheden werkt omdat het gedimensioneerd is op de energiedensiteit van de zon. Het is 100 % hernieuwbaar.

 

Ontbrekende puzzelstuk

Tien jaar onderzoek heeft geleid tot een rendement van 250 liter waterstof per dag. Twintig panelen zouden een gezin een winter lang van stroom en warmte kunnen voorzien, al is dat niet zozeer de bedoeling. “Als je elektriciteit nodig hebt, gebruik je beter een pv-paneel dat rechtstreeks elektriciteit opwekt”, zegt professor Martens. “Waterstof kan wel zijn nut bewijzen om tekorten op te vangen in de winter.” Dat is precies wat het onderzoeksteam gaat uittesten in een proefopstelling in een woning in Oud-Heverlee. Deze woning draait al op hernieuwbare energie maar ondanks tientallen elektrische batterijen is het onmogelijk om de koude wintermaanden te overbruggen. “In april gaan we onze waterstofpanelen in deze woning installeren en de komende twee winters gaan we bekijken hoe ze zich in de praktijk gedragen”, aldus prof. Martens. “Ons zonnepaneel is het ontbrekende puzzelstuk om een woning volledig op hernieuwbare energie te laten draaien: rechtstreeks met zonnepanelen, thermisch met een zonneboiler en met waterstof ter vervanging van aardgas. Voor één woning is deze combinatie van technologieën vrij complex, maar in een wijk of groot gebouw kan dit wel heel interessant zijn.”

Wat met aardgas?

Zal waterstof aardgas dan volledig vervangen in de toekomst? Zo’n vaart zal het volgens professor Martens niet lopen, en dat hoeft ook niet, zegt hij: “De formule van aardgas is CH4. Dat betekent dat het vier waterstofatomen bevat en nog steeds één koolstofatoom. Onze economie zal nooit helemaal koolstofvrij zijn. Maar waterstof kan wel helpen om het CO₂-probleem op te lossen. Onze technologie brengt geen koolstof in de lucht en je kan ze ook gebruiken om bijvoorbeeld synthetisch aardgas te produceren. Je kan een CO₂-bron combineren met onze waterstof en op die manier nieuw aardgas maken. Zo vervang je de natuurlijke cyclus door een snellere kunstmatige cyclus. CO₂ an sich is ongevaarlijk, alleen is de concentratie in de lucht nu veel te hoog, dus als we CO₂ langer in de cyclus houden, lossen we het probleem ook op.”

 

Synergie van energiebronnen

Professor Martens verwacht dan ook niet dat de omschakeling naar een waterstofeconomie nu definitief is ingezet, maar wil de technologie wel zoveel mogelijk ingang laten vinden in onze energiebevoorrading. “We hebben niet de pretentie om te stellen dat wij hét systeem hebben uitgevonden”, zegt hij. “De energiebevoorrading zal altijd een mix zijn van verschillende energiebronnen. Maar we hebben wel een belangrijk puzzelstuk in handen om het energieprobleem op te lossen. Over de waterstofeconomie is al veel inkt gevloeid, ook door criticasters. Je mag niet vergeten dat er in de energiewereld enorme belangen meespelen. Een zuivere waterstofeconomie zal nooit realiteit worden. Er zijn voor- en nadelen verbonden aan elke technologie en afhankelijk van de toepassing zal één technologie de voorkeur krijgen. Vandaag bestaat onze energiemix voor 80 % uit brandstof en 20 % uit elektriciteit. Die verhouding zal evolueren maar zal nooit 100-0 zijn of 0-100. Er zal altijd een synergie nodig zijn. Hetzelfde gaat op voor waterstof als aandrijving voor voertuigen. Voor korte afstanden en lichtere voertuigen is elektrisch rijden het meest geschikt, voor zwaarder vervoer en lange afstanden is waterstof interessanter. Ons systeem werkt aan het tempo van de zon. Je kan niet zomaar het hele wagenpark vervangen met onze technologie. Daarvoor zijn er simpelweg niet genoeg waterstofproductiemogelijkheden.”

Op korte termijn op de markt

Het eerste waterstofpaneel staat nu in Leuven, maar het zal niet lang duren vooraleer het op de markt is. De komende twee jaar gaat het onderzoekteam proefopstellingen uitvoeren in verschillende toepassingsdomeinen: naast de woningmarkt ook in de landbouw, aquacultuur en in ziekenhuizen, waar waterstof kan gebruikt worden om bijvoorbeeld de noodgeneratoren aan te drijven bij stroomstoringen. “Als de demo’s aantonen dat ons paneel een toegevoegde waarde biedt, gaan we een spin-offbedrijf oprichten”, aldus professor Martens. “Dat bedrijf zal niet gericht zijn op winstmaximalisatie, maar op het zoveel mogelijk verspreiden van de technologie. Daarom zullen we het paneel ook aanbieden aan democratische prijzen.” Tegelijk met de proeven start het onderzoeksteam een productielijn op. Als de proeven positief blijken, kan het paneel na twee jaar op de markt worden gebracht.