Een doorbraak in het splitsen van water in zijn delen kan ertoe bijdragen dat hernieuwbare energie de moeite waard wordt, zelfs als de zon niet schijnt en de wind niet waait.

Zonne- en windenergie gebruiken wanneer deze beschikbaar is voor watersplitsing, een proces dat elektriciteit gebruikt om H . te splitsen ₂ O in waterstof en zuurstof, biedt een manier om energie op te slaan in de vorm van waterstofbrandstof.

Momenteel het meest populaire systeem dat wordt gebruikt voor het splitsen van water, of waterelektrolyse, vertrouwt op edele metalen als katalysatoren, maar een gezamenlijk onderzoeksteam, waaronder wetenschappers van het Los Alamos National Laboratory en de Washington State University, heeft een systeem ontwikkeld dat gebruikmaakt van minder dure en meer overvloedige materialen. Ze beschrijven het voorschot in een paper gepubliceerd in Natuur Energie op 9 maart

"Het huidige waterelektrolysesysteem gebruikt een zeer dure katalysator. In ons systeem, we gebruiken een op nikkel-ijzer gebaseerde katalysator, wat veel goedkoper is, maar de prestaties zijn vergelijkbaar, " zei Yu Seung Kim, een onderzoekswetenschapper bij Los Alamos National Laboratory en corresponderende auteur van het papier.

De meeste watersplitsing wordt tegenwoordig uitgevoerd met behulp van een apparaat dat een waterelektrolyser met een protonenuitwisselingsmembraan wordt genoemd. die waterstof met een hoge productiesnelheid genereert. Het is duur, en werkt onder zeer zure omstandigheden, die edelmetaalkatalysatoren zoals platina en iridium vereisen, evenals corrosiebestendige metalen platen gemaakt van titanium.

Het onderzoeksteam probeerde dit probleem op te lossen door water te splitsen onder alkalisch, of basis, omstandigheden met een anionenuitwisselingsmembraanelektrolyser. Dit type electrolyzer heeft geen katalysator op basis van edele metalen nodig. In feite, een team onder leiding van Yuehe Lin, professor aan de WSU's School of Mechanical and Materials Engineering, creëerde een katalysator op basis van nikkel en ijzer, elementen die minder duur en overvloediger in het milieu zijn.

Lin's team deelde hun ontwikkeling met Kim in Los Alamos, wiens team op zijn beurt het elektrodebindmiddel ontwikkelde voor gebruik met de katalysator. Het elektrodebindmiddel is een hydroxide geleidend polymeer dat katalysatoren bindt en zorgt voor een hoge pH-omgeving voor snelle elektrochemische reacties.

De combinatie van het door Los Alamos ontwikkelde elektrodebindmiddel en WSU's katalysator verhoogde de waterstofproductiesnelheid tot bijna tien keer de snelheid van eerdere anionenuitwisselingsmembraanelektrolysers, waardoor het vergelijkbaar is met de duurdere protonenuitwisselingsmembraan-elektrolyzer.

Momenteel wordt in de Verenigde Staten elk jaar ongeveer 10 miljoen ton waterstof geproduceerd, meestal door aardgas te gebruiken in een proces dat aardgashervorming wordt genoemd, volgens het Amerikaanse ministerie van Energie. Waterstof geproduceerd uit een watersplitsingsproces dat wordt aangedreven door elektriciteit uit hernieuwbare energie, biedt vele economische en ecologische voordelen, zei Lin.

"Watersplitsing is een schone technologie, maar je hebt elektriciteit nodig om het te doen, " zei Lin, die ook een corresponderende auteur op het papier is. "Nu hebben we veel hernieuwbare energie, wind- en zonne-energie, maar het is intermitterend. Bijvoorbeeld, 's nachts kunnen we geen zonne-energie gebruiken, maar als overdag we kunnen extra energie gebruiken om het om te zetten in iets anders, zoals waterstof, dat is veelbelovend."

De wereldwijde markt voor waterstofopwekking zal naar verwachting in 2023 $ 199,1 miljard bedragen. Potentiële markten voor waterstofenergie omvatten alles van massale energieconversie en elektriciteitsnetbeheer tot brandstofcellen voor auto's. Lin schat dat er in de Verenigde Staten ongeveer 600 windparken klaar zijn voor directe aansluiting op waterelektrolysesystemen.