Niet alleen Hyundai heeft nog geloof in waterstof als brandstof. Dit blijkt nu Toyota heeft aangekondigd om waterstof uit lucht te gaan produceren. Ze doen dit niet alleen, maar zijn daarvoor een samenwerking aangegaan met het Nederlandse onderzoeksinstituut voor duurzame energie Differ (Dutch Institute for Fundamental Energy Research). 

Om de waterstof uit de lucht te halen moet een speciaal apparaat in contact met lucht gebracht worden. Daar laat je zonlicht op vallen en het produceert gratis brandstof. Dit is de basisidee van onderzoeker Mihalis Tsampas van Differ in samenwerking met Toyota Motor Europe. Differ en Toyota willen een systeem ontwikkelen dat waterdamp absorbeert en zonne-energie gebruikt om die damp vervolgens op te splitsen in waterstof en zuurstof.

De argumentatie voor het project is tweeledig. Er zijn nieuwe duurzame brandstoffen nodig om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Een van deze duurzame brandstoffen is waterstof, die kan worden gebruikt om zonne-energie op te slaan. Als waterstof wordt gemengd met zuurstof, komt energie vrij in de vorm van elektriciteit.

Meerdere voordelen

Bij hun zoektocht naar oplossingen, stuitte Toyota op het Catalytic and Electrochemical Processes for Energy Applications-groep van Differ. De groep werkte aan een manier om water te splitsen in de dampfase, een fase die veel vaker voorkomt dan de vloeibare fase.

Werken met gas in plaats van vloeistof heeft volgens Tsampas meerdere voordelen. “Met vloeistoffen zijn een paar technische problemen gemoeid, zoals ongewenste belvorming. Bovendien hebben we in de gasfase geen dure installaties nodig om het water te zuiveren. En tenslotte, omdat we alleen het water gebruiken dat in de omringende lucht aanwezig is, is onze technologie ook bruikbaar op afgelegen plaatsen waar geen water beschikbaar is.”

Toyota en Differ hebben in een haalbaarheidsstudie al aangetoond dat het beoogde principe werkt. De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe vaste stof foto-elektrochemische cel die in staat is om eerst water uit de lucht op te vangen om daar vervolgens, onder invloed van zonlicht, waterstof van te produceren. Het eerste prototype haalde 60 tot 70 procent van de hoeveelheid waterstof die je kunt maken uit vloeibaar water. Het systeem is een membraanreactor waarin polymere elektrolytmembranen, poreuze foto-elektroden en materialen die water absorberen zijn gecombineerd.

Technologie opschalen

In het nieuwe project gaan Toyota en Differ het bestaande systeem verbeteren. Het eerste prototype gebruikt model foto-elektroden die erg stabiel zijn. Het materiaal dat daar echter voor gebruikt is, absorbeert alleen UV-licht dat minder dan vijf procent uitmaakt van al het zonlicht dat de aarde bereikt. In de volgende fase gaan de onderzoekers innovatieve materialen toepassen en de systeemarchitectuur optimaliseren om zowel de waterinname als de hoeveelheid geabsorbeerd zonlicht te vergroten.

Vervolgens verschuift de focus naar het opschalen van de technologie. De huidige foto-elektrochemische cellen voor waterstofproductie zijn zeer klein en iets in de orde van een vierkante centimeter. Om economisch levensvatbaar te kunnen zijn, moet hun omvang ten minste twee tot drie ordes van grootte worden opgeschaald.

“Uiteindelijk stel ik me voor dat je dit soort systemen terug gaat zien in huizen, waar ze de waterstof produceren die nodig is om een waterstofauto zoals de Toyota Mirai voor dagelijks woon-werkverkeer van brandstof te voorzien”, verwacht Tsampas.