Waterstof uit zeewater – een elektrische cel kan het en overleeft het zout

Scheikunde Als de wereldeconomie op waterstof draait, is heel veel zuiver water nodig. Het zou handig zijn als zeewater ook gebruikt kan worden.

Een teveel aan windenergie zou omgezet kunnen worden in waterstof. Dit kan vervolgens gebruikt worden wanneer er veel vraag is naar stroom en de wind- en zonneproductie gering is.
Een teveel aan windenergie zou omgezet kunnen worden in waterstof. Dit kan vervolgens gebruikt worden wanneer er veel vraag is naar stroom en de wind- en zonneproductie gering is. Foto Getty Images

Het is mogelijk zeewater om te zetten in waterstof zonder dat het zout de apparatuur beschadigt. Chinese onderzoekers hebben hierover woensdag gepubliceerd in Nature.

De verwachtingen van waterstof zijn hoog – ook Nederland zet vol in op deze brandstof. Het grote voordeel is dat waterstof vloeibaar of gasvorming is. Een overschot aan duurzaam opgewekte energie, van wind of zon, kan in waterstof worden opgeslagen.

De gewenste reactie

De productie van waterstof (H2) gebeurt door watermoleculen (H2O) in een elektrochemische cel te splitsen. Zo’n cel bestaat uit een positief geladen en een negatief geladen elektrode in water, verbonden met een koperdraad. Als er een elektrische stroom op de cel staat, bewegen negatief geladen elektronen naar de positieve elektrode. Daar vindt de gewenste reactie plaats: positief geladen waterstofatomen uit het water en elektronen reageren tot waterstofgas.

Maar een aantal zaken belemmeren een praktische toepassing van deze techniek. Het moet economisch rendabel worden, bijvoorbeeld door de efficiëntie ervan te verhogen. Een ander probleem is een beperkte watervoorraad – op veel plekken is zuiver water nu al schaars.

‘Onzuiver’ water uit zee of riool zou een optie zijn, maar door zout beschadigt metaal. En in een elektrische cel vinden met zeewater meer nevenreacties plaats, waardoor de efficiëntie afneemt. Een mogelijke oplossing is om zeewater eerst te zuiveren en daarna pas in een elektrische cel te gebruiken. Maar dit kost veel energie.

Daarom probeerden de Chinese onderzoekers iets te bouwen wat wél bestand is tegen zeewater. In hun elektrische cel plaatsen ze een membraan dat zouten blokkeert en water doorlaat. Ze testten hun opstelling met vers getapt zeewater uit een baai bij de stad Shenzhen. Het werkt goed: 100 procent van de zouten blijft achter.

Tijdens een 3.200 uur lange demonstratie werd consistent waterstofgas geproduceerd, met een laag energieverbruik. In een kleinere testopstelling zonder membraan hield de reactie er na een uur alweer mee op, door beschadiging van de elektrodes. De auteurs spreken van een „hoge potentie voor praktische toepassing”.

‘Een slimme oplossing’

Maar zover durft Gadi Rothenberg niet te gaan. Hij is hoogleraar heterogene katalyse en duurzame chemie aan de Universiteit van Amsterdam. „Het is mooi werk en een slimme oplossing, maar wordt het de nieuwe manier van elektrolyse? Nee, zou ik zeggen.” Het is altijd de vraag of investeerders durven in te zetten op deze methode, zegt hij. „De slag maken naar een hele grote schaal lukt bijna nooit, want er zijn veel risico’s. Het is mooi dat het drieduizend uur werkt, maar werkt het ook vijf jaar? En werkt het met zeewater uit Portugal?”

De onzekerheden bij het alternatief zijn vooralsnog kleiner, denkt hij. „Het kost heel veel energie, maar zeewater zuiveren is makkelijk. Veel landen doen het al op grote schaal, zoals Japan, Israël en de Verenigde Staten. Al is een innovatie nog zo slim, de toepassing blijft afhankelijk van een ingewikkelde kostenafweging.”