Jouw sneakpreview van de toekomst

Hoewel er in de afzonderlijke onderzoeksstations op Antarctica maar weinig mensen wonen, moeten ze ook van energie worden voorzien. Dit betekent in de regel dat ruwe olie en benzine per schip daarheen moeten worden vervoerd. Dat kost veel geld en kost ook veel energie. Bovendien kunnen zelfs kleine lekkages het gevoelige ecosysteem beschadigen.

Toen omgevingsfysicus Dr. Kira Rehfeld van de Universiteit van Heidelberg deelnam aan een expeditie naar Antarctica, werd ze zich bewust van dit probleem. Tegelijkertijd merkte ze hoe intens de zon daar schijnt. Samen met collega's zocht Rehfeld daarom naar manieren om fossiele grondstoffen te vervangen door milieu- en klimaatneutrale stoffen. Een team van het HZB Institute for Solar Fuels van de Universiteit van Ulm en de Universiteit van Heidelberg heeft nu onderzocht hoe waterstof op de Zuidpool kan worden geproduceerd met behulp van zonlicht en welke methode daarvoor het meest geschikt is.

Niet elke methode werkt bij extreem lage temperaturen. Hoewel koude over het algemeen het rendement van de meeste zonnepanelen verhoogt, is de situatie bij elektrolyse heel anders. Hier kan koude de efficiëntie aanzienlijk verminderen. Een van de voordelen van waterstof is dat het enerzijds op verschillende manieren kan worden gebruikt en anderzijds dat het heel goed bij lage temperaturen kan worden opgeslagen.

Jouw wekelijkse innovatieoverzicht: Elke zondag onze beste artikelen in je inbox!

"Dus ons idee was om tijdens de Antarctische zomer ter plaatse klimaatneutrale waterstof te produceren met zonnepanelen door water via elektrolyse in waterstof en zuurstof te splitsen", legt Dr. Mathias May uit. Hij is hoofd van de Emmy Noether onderzoeksgroep SPECSY aan de Universiteit van Ulm. Na iets meer dan twee jaar kwamen de onderzoekers tot de conclusie dat het het meest zinvol is om de fotovoltaïsche modules rechtstreeks op de elektrolyse-installatie te bevestigen. De afvalwarmte van de fotovoltaïsche modules verhoogt de efficiëntie van de elektrolyse.

Om dit te testen, vergeleken May en zijn collega Dr. Moritz Kölbach twee verschillende benaderingen in experimenten. In de conventionele opstelling is de fotovoltaïsche module gescheiden van het elektrolysevat. In het nieuwere, thermisch gekoppelde ontwerp staat de fotovoltaïsche module in nauw contact met de wand van de elektrolysetank. Op deze manier kan een directe warmtewisseling plaatsvinden. De experimenten werden uitgevoerd in een vrieskast. Kölbach had er een raam van kwartsglas in geplaatst. Hierdoor konden de onderzoekers de binnenkant van de kast bestralen met een zonnesimulator om de omstandigheden op Antarctica te simuleren.

De elektrolysetank was voor de experimenten gevuld met 30 procent zwavelzuur. Deze stof, ook wel accuzuur genoemd, heeft een vriespunt van ongeveer -35 graden Celsius en is een goede elektrische geleider. Na het opzetten van de twee experimentele cellen voerde Kölbach de reeks metingen uit. Het bleek dat de thermisch gekoppelde cel meer waterstof produceerde dan de thermisch ontkoppelde cel. In de cel met de thermisch gekoppelde PV-modules konden de bestraalde modules hun restwarmte direct afgeven aan de elektrolyser.

“We hebben zelfs de efficiëntie kunnen verhogen door de elektrolyser thermisch te isoleren. Daardoor steeg de temperatuur van het elektrolyt bij blootstelling van -20 tot wel +13,5 graden Celsius', zegt de wetenschapper. Mathias May geeft echter toe dat het nog maar de vraag is of de voordelen van thermisch gekoppelde systemen ook economisch worden geëxploiteerd.

“Daarom willen we in de volgende fase prototypes testen onder realistische omstandigheden. Dat wordt zeker spannend. Hiervoor zijn we momenteel op zoek naar partners”, zegt hij. De resultaten van het onderzoek, gepubliceerd in Energy & Environmental Science, bieden ook kansen voor extreem koude regio's van de wereld buiten Antarctica. Waterstof zou bijvoorbeeld fossiele brandstoffen kunnen vervangen en de CO2-uitstoot in Noord-Canada, Alaska, de Himalaya, de hoge Alpen of de Andes kunnen elimineren. "Misschien zal door zonne-energie geproduceerde waterstof de eerste zijn die zuinig is in dergelijke afgelegen gebieden van de wereld", zegt May.

Foto: In poolgebieden en op extreme hoogte kan de omzetting van zonlicht in waterstof rendabel zijn. © Energy&Env.Science

Ook interessant: je hebt de grote stroomproducenten niet meer nodig voor energie

Oostenrijkers imiteren het proces van aardgas maken met duurzame waterstof

Innovation Origins is een onafhankelijk nieuwsplatform met een onconventioneel verdienmodel. We worden gesponsord door bedrijven die onze missie ondersteunen: het verhaal van innovatie verspreiden. Lees hier meer.

Op Innovation Origins kun je altijd gratis artikelen lezen. Dat willen we ook graag zo houden. Vond je de artikelen zo leuk dat je ons wilt bedanken? Gebruik dan onderstaande doneerknop:

Petra Wiesmayer is een journalist en auteur die talloze interviews heeft gehouden met leidende figuren, onderzoek heeft gedaan en artikelen heeft geschreven over entertainment, autosport en wetenschap voor internationale publicaties. Ze is gefascineerd door technologie die de toekomst van de mensheid zou kunnen vormen en leest en schrijft er graag over.

Je moet inloggen om een ​​reactie te plaatsen.

Elke zondag onze beste artikelen in je inbox!