Wat splitst water?

Watersplitsing is het proces waarbij de chemische verbinding van water wordt afgebroken tot de samenstellende elementen waterstof en zuurstof. Er zijn veel benaderingen voor het splitsen van water, de meest voorkomende daarvan is elektrolyse, waarbij een elektrische stroom door water wordt geleid om waterstof- en zuurstofionen te produceren. Hoewel veel methoden voor het splitsen van water niet energie-efficiënt zijn in termen van de energie die nodig is om waterstof en zuurstof te scheiden van water versus de energie die later kan worden afgeleid van pure waterstof voor brandstof, wordt het proces niettemin gezien als een potentieel alternatief voor het vervangen van een afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Toepassingen die zonne-energie en nieuwe chemische katalysatoren gebruiken om water te splitsen, bieden een veelbelovende methode voor het produceren van hernieuwbare netto energiewinsten zonder daarbij broeikasgasemissies of andere verontreinigende stoffen te produceren.

Fotokatalytische watersplitsing met behulp van de energie van licht, of met behulp van andere hernieuwbare energiebronnen zoals windenergie, worden nu gebruikt om elektrische stroom te genereren in nieuwe vormen van elektrolyse. Het doel is om een ​​watersplitsingssysteem te creëren dat volledig wordt gevoed door hernieuwbare energiebronnen, zoals zonlicht, waardoor de productie van waterstof concurrerend wordt met fossiele brandstoffen. De uitdaging in het proces was om elektroden te ontwikkelen die zijn gemaakt van goedkope en duurzame materialen. Van kobalt- en nikkelboraatverbindingen is gevonden dat ze een verhoogde efficiëntie bieden en ze zijn goedkoop en gemakkelijk te vervaardigen. Hoewel deze nieuwe elektrodeverbindingen veilig zijn in commerciële zonne-brandstof producerende systemen, kunnen ze nog niet concurreren met de efficiëntie van industriële elektrolysemethoden die gevaarlijke alkaliverbindingen als elektrolytoplossingen gebruiken.

Watersplitsingsmechanismen die de meeste belofte in termen van energiewinst bieden, zijn gebaseerd op het proces van fotosynthese dat planten gebruiken om zonlicht om te zetten in chemische energie. Hoewel natuurlijke systemen hiervoor zeer traag zijn en kunstmatige systemen die het nabootsen, hadden ze aanvankelijk een efficiëntie van minder dan 1% toen onderzoek daarover in 1972 in Japan begon, maar nieuwe processen verhogen de productie van waterstof. Japanse onderzoekers begonnen in 2007 met het coaten van elektroden gemaakt van gehydrogeneerd microkristallijn silicium met nanodeeltjes van platina, wat de stabiliteit en levensduur van de elektroden en hun katalytisch vermogen bij watersplitsing verder verhoogde.

Soortgelijk onderzoek bij het National Renewable Energy Laboratory (NREL) in de Verenigde Staten beoogt omzettingspercentages van zonne-energie naar waterstof van 14% in het jaar 2015 met een verhoogde duurzaamheid van elektroden van 1.000 uur in 2005 tot 20.000 uur in 2015. Naarmate deze efficiëntie toeneemt, nemen de overeenkomstige kosten voor de productie van waterstofbrandstoffen af, met US dollar (USD) per kilogram ($ / kg) voor de productie van H2 in 2005 met $ 360 / kg tot $ 5 / kg in 2015. Zelfs bij deze niveau, water splitsen om waterstof te produceren is nog steeds drie tot tien keer duurder dan het genereren van op waterstof gebaseerde brandstoffen door de reformatie van aardgas. Het onderzoek heeft nog een lange weg te gaan voordat het economisch kan concurreren met de gevestigde energiesector.