Zonnepanelen produceren waterstofgas

Verschillende types ontwikkeld

Verschillende instanties zijn reeds meerdere jaren bezig met de ontwikkeling van dit type zonnepanelen. Hiervoor werden verschillende concepten toegepast. De omzettingsefficiëntie verschilt van systeem tot systeem, maar is vaak nog beperkt, en bijna alle concepten spelen zich nog af op laboratorium- of prototypeschaal.

Het onlangs door de KU Leuven ontwikkelde zonnepaneel bestaat uit een dunne zonnecel met membranen om de lucht te filteren en een waterstofpaneel met katalysatoren die de vorming van het waterstofgas in gang zetten. Het benodigde water wordt langs de zijkant van het paneel uit de lucht opgevangen en het invallende zonlicht zorgt voor de benodigde energie om de waterdamp via elektrolyse op te splitsen in waterstofgas en zuurstofgas. Het waterstofgas kan vervolgens opgevangen en opgeslagen worden voor later gebruik.

Dit zonnepaneel zou een energie-efficiëntie hebben van 15% en op jaarbasis gemiddeld zo’n 250 liter waterstofgas per dag produceren. Twintig van deze panelen, gekoppeld aan een (ondergrondse) opslagtank van 4 m³, zouden volgens de ontwikkelaars, dankzij opslag van in de zomer geproduceerd overtollig waterstofgas, voldoende zijn om, complementair aan een klassieke PV-installatie, een jaar zonder elektriciteit of gas van het net te leven in een zeer goed geïsoleerde woning, zelfs als er in de winter te weinig zonlicht voorhanden is. Eenzelfde hoeveelheid panelen zou voldoende zijn om een heel jaar met een auto op waterstofgas rond te rijden (ongeveer 10.000 km/jaar).

Vanaf begin 2019 zullen twintig waterstofpanelen met ondergronds opslagvat gedurende 2 jaar worden uitgetest in een goed geïsoleerde woning in Oud-Heverlee bij Leuven. Het is tevens de bedoeling om alle 39 woningen in de straat bij het project te betrekken en dus te werken op wijkniveau om zo de kosten te drukken. 

Voordelen

Volgens energie-experts zal waterstof in 2050 zeker behoren tot de belangrijkste energiedragers ter wereld. Vooral de manier van produceren van het gas is hierbij belangrijk. De hierboven beschreven zonnepanelen kunnen dit doen met behulp van water(damp) uit de lucht en zonlicht. Het waterstofgas kan in een brandstofcel omgezet worden in elektriciteit en/of warmte voor allerlei toepassingen. Het afvalproduct is zuiver water, dat terug afgegeven wordt aan het leefmilieu.

Bovendien kan de door de zonnepanelen geproduceerde energie onder de vorm van waterstofgas gemakkelijk over langere tijd en zonder enig verlies onder lage temperatuur of hoge druk opgeslagen worden in een (ondergronds) drukvat. Dat vereist dan wel een koelinstallatie of een hogedrukcompressor.

Daarenboven zouden volgens de ontwikkelaars een aantal concepten voor iedereen betaalbaar zijn, omdat ze geproduceerd worden met goedkope, veelvoorkomende grondstoffen, zonder gebruik van edelmetalen of andere dure componenten.

Het proces zou ook overal toepasbaar zijn, zelfs bij kleine hoeveelheden beschikbaar water, zoals in een woestijn.

Tot slot zou bij grotere productiehoeveelheden waterstofgas effectief opgeslagen en getransporteerd kunnen worden in de bestaande aardgasinfrastructuur.

Aandachtspunten

Waterstofgas is een zeer licht en gemakkelijk ontvlambaar gas en moet dus met grote voorzichtigheid worden behandeld. Een goede brand- en explosiebeveiliging lijkt noodzakelijk. Bovendien gebeurt de opslag van waterstofgas onder zeer hoge druk, wat veel energie vraagt. Het lijkt ook lastig om dit op kleine schaal op een efficiënte manier uit te voeren.

Volgens een Nederlandse expert is de kans op succes van dit type zonnepanelen moeilijk in te schatten. Het rendement van deze directe waterstofproductie is momenteel vergelijkbaar met andere productiewijzen voor hernieuwbare energie. Het opwekken van stroom met een hoogwaardig, maar standaard zonnepaneel (20% rendement) en een aparte installatie voor elektrolyse van water (75% rendement) zou volgens deze expert eveneens een totaalrendement van 15% hebben. Een bijkomend voordeel van gescheiden zonnepanelen en elektrolyse is volgens hem dat je op basis van de marktprijs kunt kiezen om de opgewekte stroom direct aan het elektriciteitsnet te leveren of om het om te zetten in waterstof.

Verwante toepassingen

De Amerikaanse onderzoekers bekijken nu of de technologie van hybride zonnecellen ook te gebruiken zou zijn om bijvoorbeeld CO₂ uit de lucht te halen en om te zetten in bruikbare chemische toepassingen.