Benoit Potier, CEO van Air Liquide, demonstreert zijn enthousiasme voor de waterstofeconomie als hij in 2011 een waterstoftankstation bij Parijs uitprobeert. Kan zonne-energie helpen bij de productie van waterstof? Eric Piermont/AFP/Getty Images

Wat als je een auto zou kunnen laten rijden op alleen tuinafval en verlopen light frisdrank?

Wat als je de energie van de zon in roest zou kunnen vangen en deze vervolgens zou omzetten in waterstof?

Naarmate olie duurder wordt en de milieuaspecten van mijnbouwprocessen zoals fracking op de proef worden gesteld, de race om goedkope en schone energie te vinden is gaande. Soms wordt de energie-brainstorm een ​​beetje gek (zoals dat eerste idee, die u gerust eens zou moeten proberen). Het laatste idee, echter, is niet de versufte gedachte van een gekke wetenschapper. Het is eigenlijk het zeer rationele proces van enkele extreem intelligente en beslist verstandige wetenschappers. Beter nog, ze deden het goedkoop.

Het idee om waterstof te maken uit zonne-energie bestaat eigenlijk al een tijdje. Wetenschappers van de Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) in Zwitserland vonden in de jaren negentig oorspronkelijk een manier om waterstof te produceren uit alleen water. Hoewel het klinkt alsof het een puinhoop van wetenschappelijk jargon zou zijn om watermoleculen op te breken en ze in waterstof en zuurstof te veranderen, het is eigenlijk vrij eenvoudig te begrijpen. Eigenlijk, het gebruikt gewoon een halfgeleider die de reactie creëert om zuurstof te genereren en een zonnecel die vervolgens de waterstof vrijmaakt. En, natuurlijk, we mogen de allerbelangrijkste elektronen niet vergeten. Of het licht. (Maak je geen zorgen, daar gaan we op de volgende pagina verder op in.)

Zoals we hebben gezegd, het Zwitserse contingent had dit proces twee decennia geleden al met succes geleid. Maar anno 2012 ze stelden zichzelf de uitdaging om het te doen zonder extreem dure apparatuur. Hoe duur? Een Amerikaans team slaagde erin een soortgelijk product te maken met een efficiëntie van 12,4 procent -- een groot aantal, omdat het betekent dat ze 12,4 procent van het zonlicht in waterstof konden omzetten. Helaas, het product vertaald naar een naar adem snakkende $ 10, 000-per-10-vierkante centimeter oppervlaktekosten [bron:Pousaz]. Niet bepaald concurrerende consumentenprijzen.

Dus waarom in de wereld voorspellen de wetenschappers optimistisch dat ze een prototype van 10 procent efficiëntie kunnen maken tegen een kostprijs van $ 80 per vierkante meter [bron:Pousaz]?

De (Rusty) Nitty-gritty

Dus nu we hebben vastgesteld dat -- ja -- we zonne-energie kunnen opslaan in roest en water, we moeten waarschijnlijk een beetje achterblijven en meer uitleggen over hoe wetenschappers in Zwitserland dat hebben laten gebeuren.

Zoals we zeiden, het apparaat bevat een oxidehalfgeleider en een kleurstofgevoelige zonnecel. De zuurstof evolutie (het proces van het verkrijgen van moleculaire zuurstof uit een chemische reactie) gebeurt op de roestfoto-anode (waar de stroom naar binnen stroomt) en de waterstof evolutie gebeurt aan de kathodezijde van het apparaat (waar de stroom uitstroomt). Wanneer die reacties optreden, de elektronen worden gevangen in de kleurstofgevoelige cel waar ze een lading creëren, en de waterstof kan worden gewonnen uit water. En voila - energie wordt opgeslagen.

Maar zoals we zeiden, de prijs, niet het proces, vormde al lang de grootste uitdaging. In plaats van een fraaie halfgeleider te gebruiken (die de zuurstofevolutie initieert), het team koos voor goedkoop, gemakkelijk te vinden roest. Helaas, roest is toevallig ook een behoorlijk vreselijke halfgeleider. Onderzoekers van het Israel Institute of Technology (Technion) proberen ook dit probleem op te lossen, door een ultradunne roestlaag te creëren in een zonnecel die efficiënter halfgeleidersilicium combineert [bron:Focus]. Hetzelfde, de roest die EPFL-onderzoekers gebruiken is eigenlijk designer ijzeroxide, waaraan siliciumoxide is toegevoegd, vervolgens geverfd met een laag aluminium en kobaltoxide die de reactieprestaties verbeteren.

Dit betekent dat wetenschappers een manier hebben gevonden om elektriciteit en waterstof te produceren die kunnen worden opgeslagen voor gebruik wanneer - niet alleen wanneer de zon schijnt.

Best wel gaaf, toch? Denk daar maar eens over na terwijl je het gras maait en light frisdrank drinkt.

Waterstofproductie in je handpalm

Foto-elektrochemische nieuwsgierigheid gewekt? Je kunt deze korte video van de EPFL-mensen bekijken.

Veel meer informatie

Notitie van de Auteur:Kun je zonne-energie opslaan in roest en water?

Het is best spannend om te bedenken dat de wetenschap van het gebruik van zonne-energie -- die altijd is gebrandmerkt als de Energie van de Schone Toekomst -- echt grote vooruitgang boekt. En hoewel het één ding is om een ​​goed beeld te krijgen van de efficiëntie ervan, het is een andere zaak voor wetenschappers om zich te wijden aan het maken van een goedkope versie die consumenten daadwerkelijk kunnen gebruiken. Misschien slaat het idee aan, en ik kan eindelijk die auto krijgen die op verlopen light frisdrank rijdt.

gerelateerde artikelen

• Hoe de waterstofeconomie werkt
• Hoe brandstofcellen werken
• Is er een manier om 's nachts zonne-energie te krijgen?
• Hoe zonnecellen werken
• Hoe helpt zonne-energie het milieu?

bronnen

• Focus. "Roest in goud veranderen:doorbraak in zonne-energie." Israëlisch Instituut voor Technologie. 12 november 2012. (3 januari, 2013) http://www.focus.technion.ac.il/Feb11/newsStory.asp?id=202
• NLAB Zonne. "Kleurstofgevoelige zonnecellen." NLAB Zonne. 2012. (3 januari, 2013) http://www.nlabsolar.com/dye-sensitized-solar-cells
• Pousaz, Lionel. "Roest en water gebruiken om zonne-energie op te slaan als waterstof." École Polytechnique Fédérale de Lausanne. 11 november 2012. (3 januari, 2013) http://actu.epfl.ch/news/using-rust-and-water-to-store-solar-energy-as-hydr/