Israëlische onderzoekers zetten een grote stap voorwaarts in goedkoop, schoon waterstofgas voor brandstof

Hasjem zei: "Laat er een uitgestrektheid zijn in het midden van het water, dat het water van het water zal scheiden. Genesis 1:6 (De Israëlische Bijbel™)

Stel je een wereld voor waarin auto's, vrachtwagens, vliegtuigen en zelfs raketten op schone waterstof zouden worden voortgestuwd, waarbij alleen waterdamp als afvalproduct zou vrijkomen, en dat ter vervanging van fossiele brandstoffen zoals vervuilende benzine die broeikasgassen in de atmosfeer uitstoten.

Niet alleen zou het menselijk milieu dan worden schoongemaakt, maar de wereld zou niet langer afhankelijk zijn van olie uit de Arabische wereld, waardoor de haat tegen Israël zou worden geminimaliseerd.

Tegenstanders van het gebruik van waterstof voor transport hebben beweerd dat het nog "decennia" zou duren om de technische en economische problemen te overwinnen tot een grootschalig gebruik van dit gas en dat de focus op het gebruik van waterstof voor voertuigen een "gevaarlijke omweg" is van betere beschikbare oplossingen voor het verminderen van het gebruik van fossiele brandstoffen in voertuigen.

Een decennium geleden meldde Wired News dat "deskundigen zeggen dat het 40 jaar of meer zal duren voordat waterstof ook maar een betekenisvolle invloed zal hebben op het benzineverbruik of de opwarming van de aarde, en we kunnen het ons niet veroorloven om zo lang te wachten. In de tussentijd leiden brandstofcellen de middelen af tot meer directe oplossingen.

Maar nu hebben Israëlische wetenschappers een zeer belangrijke stap gezet ter realisering van de droom. Onderzoekers van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev in Beersheba en van het Technion-Israel Institute of Technology in Haifa hebben een ontdekking gedaan - beschreven als een "mijlpaal" - in de ontwikkeling van nieuwe manieren om waterstofbrandstof uit water te maken. Dit idee van "watersplijting" is zojuist gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

Onderzoekers onder leiding van Dr. Arik Yochelis en Dr. Iris Visoly-Fisher van BGU en Prof. Avner Rothschild van de Technion, hebben het chemische mechanisme dat optreedt tijdens de fotochemische splitsing van waterstofperoxide (H2O2) voorbij ijzeroxide foto-elektroden gekraakt.

De onderzoekers zeggen dat, hoewel het al tientallen jaren bekend is dat de productie van waterstof, wat geen broeikasgassen uitstoot, de splitsing vereist van watermoleculen (H2O) in de elementen waaruit ze zijn samengesteld (twee waterstofatomen en één zuurstofatoom), dat proces heeft altijd meer energie gevergd dan er uiteindelijk weer uit is gewonnen. Als gevolg daarvan is het nooit praktisch geweest op commerciële basis.

De ontdekking, zo stellen zij, zou een belangrijke impact kunnen hebben op de inspanningen om koolstofhoudende brandstoffen te vervangen door milieuvriendelijkere waterstofbrandstoffen. Autofabrikanten staan te popelen om efficiënte, milieuvriendelijke waterstofvoertuigen te ontwikkelen die, in tegenstelling tot elektrische voertuigen, snel kunnen tanken en een langere rijtijd mogelijk maken.

Om de uitdaging aan te gaan, waren de onderzoekers het eerste team dat met succes de fundamentele chemische reactie onthulde die aanwezig is in de kracht van zonnestralen en die de ontbrekende schakel zou kunnen vormen om de elektriciteit op te wekken die nodig is om dit proces te voltooien. Dit zou een natuurlijke ontvouwing mogelijk maken, in plaats van een beroep te doen op grote hoeveelheden door de mens gemaakte energiebronnen of edele metalen om de reactie te katalyseren.

Na jaren van uitdagende experimenten waarbij het laboratorium van Rothschild niet in staat was om de barrière in efficiëntie te overwinnen, benaderde hij Drs. Yochelis en Visoly-Fisher om samen te werken in een poging om het ontbrekende stukje van de puzzel te begrijpen.

"Naast de wetenschappelijke doorbraak hebben we aangetoond dat het foto-elektrochemische reactiemechanisme behoort tot een familie van chemische reacties waarvoor Prof. Gerhard Ertl ongeveer tien jaar geleden de Nobelprijs voor de Scheikunde ontving. Onze ontdekking opent nieuwe strategieën voor fotochemische processen", aldus Yochelis, die werkt bij BGU's Blaustein Institutes for Desert Research en het Alexandre Yersin Department of Solar Energy and Environmental Physics. "Foto-elektrochemische watersplijting is een elegante route om stralende zonne-energie op te slaan in chemische verbindingen door waterstof te produceren," schreven ze in hun verslag.

Waterstof is geen reeds bestaande energiebron zoals fossiele brandstoffen; het wordt eerst geproduceerd en vervolgens opgeslagen als een drager, net als een batterij. Vandaag de dag wordt het overgrote deel van de waterstof echter gemaakt van methaan, de belangrijkste component van aardgas. Waterstof kan worden geproduceerd met behulp van hernieuwbare bronnen, zoals uit de wind of het afbreken van water, maar het is een zeer duur proces.

Als waterstof uit aardolie wordt gemaakt, produceert het proces zelf broeikasgassen die ons milieu verstikken. De productie van waterstof met behulp van hernieuwbare energiebronnen zou dergelijke emissies niet veroorzaken, maar de omvang van de productie van hernieuwbare energie zou moeten worden uitgebreid om te worden gebruikt voor de productie van waterstof voor een aanzienlijk deel van de transportbehoeften.

Er zijn drie merken auto's die op waterstof rijden - de Toyota Mirai, de Hyundai ix35 FCEV en de Honda Clarity. Maar ze zijn extreem duur en waterstofbrandstof is voor deze niet direct beschikbaar. Treinen, vorkheftrucks, fietsen, bakfietsen, kanaalboten, golfkarren, motorfietsen, rolstoelen, schepen, onderzeeërs en raketten zijn ontwikkeld om ook op waterstof te rijden. NASA gebruikte zelfs waterstof om ruimteveerboten in de ruimte te lanceren.

Maar de problemen van het leveren van waterstof tegen lage kosten heeft de toepassing ervan vertraagd. In 2013 meldde The New York Times dat er in de VS slechts 10 openbaar toegankelijke waterstofvulstations waren, waarvan acht in Zuid-Californië.

De Amerikaanse overheid staat al 15 jaar bekend als stimulant van waterstof. In 2003 kondigde George W. Bush een initiatief aan om waterstofvoertuigen te promoten; in 2014 zei de regering-Obama dat het de productie en ontwikkeling van waterstofvoertuigen wilde versnellen.

De studie, die gezamenlijk werd gefinancierd door onderzoekssubsidies van het Israëlische ministerie van Nationale Infrastructuur, Energie en Water en het ministerie van Wetenschap en Technologie kan de wereld nu helpen om efficiënt waterstofgebruik te bevorderen.