Waterstof rechtstreeks produceren uit zonlicht kon tot nu toe alleen met het schaarse platina. Onderzoekers kunnen nu met een nieuw materiaal, bestaande uit het veel voorkomende molybdeen en zwavel, even hoge rendementen boeken. Komt de waterstofeconomie er nu dan toch aan?

Waterstof als oplossing energieopslagprobleem
Zonnepanelen zijn op dit moment de effectiefste manier om energie uit zonlicht op te wekken. Commerciële cellen halen tien tot twintig procent, het allerbeste laboratoriummodel zit tegen de veertig procent. Elektriciteit kent echter een vervelend probleem. Het is zeer lastig op te slaan. Dat is met waterstofgas makkelijker, zeker in grotere hoeveelheden. Daarom geloven veel onderzoekers in een waterstofeconomie, waarin energie over de wereld wordt getransporteerd in de vorm van waterstof.

Waterstof produceren uit zonlicht
Essentieel hierbij is het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Dat kan door elektrische stroom door water te laten lopen. Hierbij wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof. Een tweede methode is het verhitten van steenkool met waterdamp, waarbij kooldioxide en waterstofgas ontstaat. Uiteraard is de mooiste oplossing om water rechtstreeks te splitsen in waterstof en zuurstof met behulp van zonlicht. Tot nu toe was daar maar één effectieve methode voor waarbij het zeldzame edelmetaal platina als katalysator wordt gebruikt. Hierbij wordt meer dan 10% van alle zonlicht gebruikt om waterstof mee te produceren: het rendement van een goedkope zonnecel.

Aan het oppervlak van de mini-pilaren wordt water in twee stappen omgezet in waterstofgas.

Molybdeensulfide als zonnecel
Nu is een nieuwe methode ontwikkeld, waarbij molybdeensulfide wordt gebruikt. Chemische zonnecellen bestaan uit kleine staafjes, waarvan het bovenste deel blauw licht absorbeert en met behulp hiervan water splitst in H+-deeltjes (protonen) en zuurstof. In het onderste deel worden onder invloed van rood licht elektronen aan de H+-deeltjes toegevoegd en geoxideerd tot waterstofgas. Voor die tweede reactie werd tot nu toe platina gebruikt. De onderzoekers hebben nu ontdekt dat molybdeensulfide (Mo₃S₄) dit laatste proces even efficiënt uitvoert. Hierbij absorbeert een silicium P-halfgeleider (waaruit de staafjes bestaan) het rode licht en draagt de energie (en elektronen) over aan molybdeensulfide, dat de protonen met de elektronen samenvoegt en zo waterstofgas produceert.

De onderzoekers keken de kunst af van bacteriën. Ze stelden vast hoe bacteriën protonen in waterstofgas omzetten en wat deze reactie zo efficiënt maakte. Ze ontdekten toen dat dit effect met molybdeensulfide uitstekend te repliceren is.

Helaas is er nog steeds geen materiaal dat de eerste stap, het omzetten van water in protonen en zuurstof, efficiënt kan verrichten. De onderzoekers willen ook dit probleem op soortgelijke wijze aanpakken en op deze manier een even effectief materiaal ontdekken. Ook dit belooft een taaie klus te worden.

Doorbraak waterstofeconomie?
Lukt het deze onderzoekers (of hun collega’s) ook de laatste missende schakel te vinden en zo een effectief en goedkoop proces te ontwikkelen om waterstof te produceren, dan worden grote drijvende zonnefarms denkbaar, die in de wintermaanden de Noord-Europese landen van waterstofgas kunnen voorzien om zo de productie uit andere alternatieve bronnen aan te vullen. Dit zou effectief de energieafhankelijkheid van Europa terugbrengen tot nul.