UvA-scheikundigen maken tegelijkertijd brandstof uit zonlicht én beginstof voor cosmetica
Met de stijgende benzine- en gasprijzen is er steeds meer vraag naar duurzame alternatieven. Hoogleraar Joost Reek bedacht niet alleen een systeem dat duurzaam waterstof produceert uit zonlicht maar produceert daarnaast ook nog een beginstof voor cosmetica, kunststoffen en lijm. Vorige week publiceerde hij de resultaten samen met collega-onderzoekers in chemisch vakblad Angewandte Chemie. ‘Dit artikel combineert alle duurzaamheidsvraagstukken in een soort holistische visie.’
Dagcrème, lippenbalsem en mascara, ze kunnen vaak nog een stuk duurzamer geproduceerd worden. Niet alleen zijn cosmetica deels gemaakt van fossiele grondstoffen, bijvoorbeeld petroleum van aardolie in vaseline. Ook worden de beginstoffen omgezet via thermische processen. In de toekomst kan dat ook duurzamer, door een hernieuwbare grondstof te gebruiken die via elektrochemische processen met elektriciteit wordt omgezet tot een beginstof voor cosmetica.
Reek ontwierp samen met promovendus Didjay Bruggeman een foto-elektrochemisch systeem dat direct waterstof produceert uit zonlicht en water en daarnaast ook nog eens een chemische reactie uitvoert. Foto-elektrochemische cellen bestonden al wel, maar die produceerden naast waterstof meestal zuurstof. Zuurstof is genoeg aanwezig in de lucht en levert dus niets op. Dit is de eerste keer dat onderzoekers aantonen dat in plaats van zuurstof, de hernieuwbare grondstof glycerol Glycerol zit in dierlijke en plantaardige vetten. Het wordt gebruikt als verdikkingsmiddel om producten steviger te maken en om je huid te beschermen tegen uitdrogen.omgezet kan worden in glyceraldehyde, een beginstof voor cosmetica, maar ook kunststoffen en lijm.
Keiharde markt
Met de stijgende benzineprijzen wordt ook waterstof steeds interessanter als brandstof. Mits het voor een redelijk tarief geproduceerd kan worden. De energiemarkt is namelijk keihard. Waterstof mag maar twee dollar (1,83 euro) per kilo kosten. Dus wanneer je een foto-elektrochemische cel alleen gebruikt om waterstof te verkopen, moet de technologie al ver ontwikkeld zijn.
Het gelijktijdig maken van dit soort beginstoffen en brandstof zou volgens Reek kunnen helpen om de technologie eerder te kunnen implementeren. Wanneer naast waterstof ook glyceraldehyde verkocht kan worden met een marktwaarde van tien dollar (9,13 euro) per kilo wordt het interessanter. Reek: ‘Dan kun je door een paar leercurves heen om de technologie goedkoper te maken, zodat je later ook waterstof en zuurstof kunt maken.’
Dit systeem kan een bijdrage leveren aan een oplossing voor het energieprobleem, aldus Reek. We gaan over van fossiele brandstoffen naar zonne- en windenergie met de bijbehorende energieopslagproblemen. En we gaan over op hernieuwbare grondstoffen om helemaal van fossiel af te zijn. Het is logisch dat ook de hele chemische industrie over gaat op elektriciteit. Dus de huidige thermische processen, waarbij vaak chemische reacties bij vierhonderd graden gedaan worden door gebruik te maken van fossiele brandstoffen, zouden vervangen moeten worden door elektrochemische processen. Dit kan door met elektriciteit de moleculen te maken die je nodig hebt, zonder de temperatuur te verhogen, een concept dat uitgebreid wordt bestudeerd in het AMCEL-consortium. Reek: ‘Dus al deze drie problemen: energie opslaan, overgaan op elektrochemische processen én biomassa omzetten, komen terug in dit artikel in een soort holistische visie.’
Tesla-batterij
Maar hoe past dit in de bestaande technologie zoals wind- en zonne-energie en elektrolysersMet elektrolyse ontleed je stoffen onder invloed van elektrische stroom. Zo kun je water splitsen in waterstof en zuurstof.? Welke zal in 2050 domineren? ‘Dat hangt ervan af,’ zegt Reek. ‘Kijk maar naar elektrisch rijden en rijden op waterstof. Elektrisch rijden lijkt aan de winnende hand, omdat je overal stroom kunt tanken, maar niet overal waterstof. Niet omdat de technologie beter is, zo’n Tesla-batterij weegt vijfhonderd kilo, die rijdt je heen en weer met slijtage van banden tot gevolg. Met tien kilo waterstof kom je even ver.’
Die situatie is vergelijkbaar voor elektrolysers en foto-elektrochemische cellen. De elektrolysers en de zonnepanelen en windmolens zijn er al. Dus dat is de technologie die zich voor de toepassing van morgen het beste leent. Wanneer het net overbelast raakt, moet die elektriciteit namelijk opgeslagen worden, ofwel via elektrolyse in waterstof, ofwel in een lithiumbatterij die per huishouden ongeveer 15.000 euro kost. Terwijl als de foto-elektrochemische cel wordt doorontwikkeld, er panelen op het dak komen die geen stroom maken maar direct brandstof produceren. Die kun je weer omzetten in stroom wanneer nodig.
Dat zou volgens Reek in theorie een veel hogere efficiëntie op kunnen leveren dan wanneer je met zonnecellen elektriciteit maakt en dat vervolgens met elektrolyse omzet in waterstof. Maar zover is het nog niet. De efficiëntie van licht gedreven watersplitsing is nu nog heel laag, ongeveer één procent. Dat moet minstens naar vijftien procent om te concurreren met zonnepanelen. Reek: ‘We begrijpen het systeem lang nog niet volledig genoeg om die winst eruit te halen. Maar de potentie is enorm. Ik denk dat dat nog wel tien jaar gaat duren, maar voor 2050 moet het zeker lukken.’
