25-03-2019
Hoe slaagden bio-ingenieurs erin om waterdamp rechtstreeks om te zetten in waterstofgas, en dat met een recordefficiëntie? En betekent hun waterstofpaneel het einde van de fossiele brandstoffen? We vroegen het aan Johan Martens en Tom Bosserez van het Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse.
Het team van professor Johan Martens heeft hectische weken achter de rug. Na alle mediabelangstelling voor hun nieuwe waterstofpaneel puilt zijn mailbox uit, zegt Martens. “Onze telefoon staat roodgloeiend, en we worden overspoeld met vragen van journalisten, collega-wetenschappers, en zelfs particulieren die hun dak aanbieden als proeftuin. Maar we liggen niet wakker van al die drukte. Met de nachtrust van onze collega Jan Rongé (de derde hoofdrolspeler in dit verhaal, nvdr) zal het wat minder gesteld zijn: die werd pas vader, dus we proberen hem wat met rust te laten. (lacht)”
In België zou je met twintig van deze panelen een goed geïsoleerd huis met een warmtepomp een hele winter kunnen verwarmen en van elektriciteit voorzien.
Als we over het beroemde waterstofpaneel beginnen, valt Martens meteen met de deur in huis: over de wetenschap achter het systeem wil hij nog niet te veel kwijt. “We hebben verschillende patentaanvragen ingediend. Zolang die aanvragen lopen, is het veel te riskant om details te geven. Daarom publiceren we op dit moment ook nauwelijks.” Maar zelfs zonder die technische details valt er meer dan genoeg te vertellen over de wondere wereld van waterstofgas.
Hebben jullie een nieuw type zonnepaneel uitgevonden?
Johan Martens: “Strikt genomen niet: een zonnepaneel zet zonne-energie om in elektriciteit, terwijl ons paneel waterdamp omzet in waterstofgas. Zelf noemen we ons systeem dus liever een waterstofpaneel. Er komt natuurlijk wel zonlicht aan te pas, en ons paneel ziet er ook wel uit als een zonnepaneel. Maar goed, het is dus een waterstofpaneel.”
Wat maakt jullie waterstofpaneel zo bijzonder?
Tom Bosserez: “Ons systeem zet zonlicht en waterdamp uit de lucht rechtstreeks om in waterstofgas, en dat met een efficiëntie van 15%. Dat is hoger dan bij de klassieke manieren om waterstof te produceren. Concreet kan ons waterstofpaneel in Belgisch weer op jaarbasis gemiddeld 250 liter per dag produceren. Om je een idee te geven: met twintig van deze panelen zou je een goed geïsoleerd huis met een warmtepomp een hele winter kunnen verwarmen en van elektriciteit voorzien. Als je ook nog eens een zonneboiler en traditionele zonnepanelen installeert, kom je met gemak het hele jaar door.”
Martens: “Onze technologie is ook volstrekt uniek. Wie het Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse een beetje kent, weet wel waar het in ons vakgebied om draait: slimme combinaties van adsorbenten, katalysatoren, en membranen. Meer kunnen we echt nog niet verklappen. Volgende vraag (lacht)!”
Wat was de grootste uitdaging bij de ontwikkeling van deze technologie?
Martens: “Ons vertrekpunt was eigenlijk heel eenvoudig: hoe kunnen we eender wanneer en eender waar brandstof aanmaken? Dan kom je al snel uit bij lucht als grondstof, en meer bepaald bij het vocht in die lucht. Zelfs in de woestijn zit er voldoende waterdamp in de lucht, dus dit proces kan je echt overal toepassen. Na zuurstof, stikstof en argon is waterdamp het vierde gas in de lucht, dus als je dat kan vangen, heb je meer dan genoeg water om te splitsen.”
“Maar dan kom je bij de hamvraag: hoe haal je dat water uit de lucht om het te kunnen splitsen in waterstofgas en zuurstofgas? Op een zonnepaneel wordt het gemakkelijk 50 tot zelfs 70 graden, en dat maakt het natuurlijk niet evident om waterdamp vast te houden. En hoe krijg je een systeem dat werkt als de regen met bakken tegelijk uit de lucht valt, maar ook als de luchtvochtigheid erg laag is? De grootste uitdaging is dus het aspect van watermanagement, en ons systeem biedt daar een oplossing voor. Maar hoe dat precies werkt, hoor je later wel.” (lacht)
Wat is het voordeel van waterstofgas als hernieuwbare energiebron?
Bosserez: “Waterstofgas is eenvoudig op te slaan, bijvoorbeeld tijdens de zomer voor gebruik tijdens de daaropvolgende winter. Je kan het waterstofgas opslaan in een soort van drukvat, maar je zou het bij overproductie ook perfect op het aardgasnetwerk kunnen zetten – een beetje zoals wat nu al gebeurt met de overproductie van elektriciteit door traditionele zonnepanelen en het elektriciteitsnet. Dat zou enkele aanpassingen aan het gasnet vergen, maar niets onbetaalbaars. Je zou aardgas en waterstofgas zelfs kunnen mengen op het aardgasnet voor een geleidelijke overgang naar zuivere waterstof.”
Maakt dit waterstofpaneel windmolenparken en traditionele zonnepanelen overbodig?
Martens: “Neen, zeker niet. Onze techniek is net een mooie aanvulling op andere manieren om groene energie op te wekken. Ook bestaande methodes om waterstof te produceren met behulp van vloeibaar water zullen nog altijd hun plaats hebben, bijvoorbeeld in de staalindustrie. Een staal- of kunstmestproducent zou ettelijke voetbalvelden vol waterstofpanelen nodig hebben om ons systeem te gebruiken, dus voor hen blijft klassieke elektrolyse een veel betere oplossing. Mensen die denken dat wij willen lobbyen voor de waterstofeconomie, slaan de bal dus echt helemaal mis.”
Een vrachtwagen kan niet van Leuven naar Spanje rijden op batterijen. Met waterstofgas als brandstof wordt transport over lange afstand mogelijk.
Bosserez: “Ons systeem concurreert zelfs niet noodzakelijk met de batterijen in elektrische wagens. Voor korte afstanden met lichte voertuigen blijven batterijen ideaal, maar vanaf een bepaalde grens wordt waterstof een betere keuze. Een vrachtwagen kan bijvoorbeeld niet van Leuven naar Spanje rijden op batterijen, en ook in de scheepvaart is er veel potentieel voor toepassingen met waterstofgas.”
Is waterstofgas niet gevaarlijk?
Bosserez: “Waterstofgas is een vorm van geconcentreerde energie – net zoals batterijen, aardgas en benzine dat zijn – en daar moet je altijd mee oppassen. Maar waterstofgas is niet gevaarlijker dan pakweg aardgas. We zijn het al decennia lang gewend om in de industrie maar ook gewoon thuis met aardgas om te gaan. Als we aardgas geleidelijk aan vervangen door waterstofgas zal je het zelfs niet merken.”
© KU Leuven – Rob Stevens
Gaat waterstofgas het klimaat redden?
Martens: “De klimaatproblematiek gaat natuurlijk om veel méér dan enkel energievoorziening. Maar waterstof kan wel een belangrijke rol spelen bij de overgang naar een CO2-neutrale samenleving. Het is een chemische weg naar dat doel, zeg maar. Ons systeem om waterstofgas te produceren is CO2-neutraal: we halen waterdamp uit de lucht, wekken er energie mee op, en op het einde van de cyclus heb je gewoon opnieuw waterdamp. Bovendien is die cyclus enorm snel, in tegenstelling tot de uiterst trage geologische cyclus van fossiele brandstoffen. Ook biomassa heeft nog altijd een te trage cyclus: voor energievoorziening is het daarom niet zo’n interessante optie, maar wel voor de productie van materialen en groene chemicaliën.”
Bosserez: “Wist je trouwens dat waterstofgas vandaag vooral wordt geproduceerd op basis van aardgas? Daarom wordt het eindproduct ‘grijs’ waterstofgas genoemd. Ons waterstofpaneel produceert ‘groene’ waterstof, want we gebruiken enkel hernieuwbare energiebronnen. Daarnaast zijn er nog heel wat andere tussenvormen met kleurrijke namen. Die tussenvormen gaan we in de toekomst nog nodig hebben, want groen waterstofgas is op dit moment nog geen economisch competitieve optie. Je kan grijs waterstofgas dus gebruiken om de mogelijke toepassingen al te demonstreren en op die manier een draagvlak te creëren. En op termijn kunnen we de grijze variant vervangen door echt duurzaam waterstofgas.”
De ontwikkeling van dit waterstofpaneel heeft meer dan 10 jaar tijd gekost. Hebben jullie zelf ooit getwijfeld aan de goede afloop van dit project?
Martens (zichtbaar verbaasd): “Eerlijk? Nee. Ik ben geen twijfelaar: als ik iets wil, dan ga ik er voor. Ik laat me ook niet snel ontmoedigen. Enkel de succesverhalen halen de pers, maar in de praktijk is wetenschap een aaneenschakeling van teleurstellingen en eurekamomenten. Dat hoort erbij. Het is ook heel belangrijk om de juiste mensen te vinden, en Tom Bosserez en Jan Rongé zijn een goede ‘tandem’. Dat helpt natuurlijk.”
Wanneer komt jullie technologie op de markt?
Martens: “Goh, dat is moeilijk te voorspellen. Ons waterstofpaneel is in elk geval nog lang niet klaar voor massaproductie. We zijn net klaar met alle berekeningen en experimenten in het labo, en vanaf deze zomer testen we het waterstofpaneel uit op het dak van een huis in Oud-Heverlee en op onze campus, onder andere om te kijken wat de impact is van de weersomstandigheden. De komende twee jaar gaan we focussen op de verdere ontwikkeling op kleine schaal om de kinderziektes van het systeem op te sporen en aan te pakken, en om er een degelijk commercieel product van te kunnen maken. Daarbij horen demo’s in verschillende sectoren, zoals landbouw, retail, en transport.”
Op termijn denken we aan een spin-off voor de productie van de panelen, in samenwerking met LRD.
“Op termijn kijken we natuurlijk naar een spin-off voor de productie van de panelen, in samenwerking met LRD (KU Leuven Research & Development, nvdr.). Het is niet toevallig dat Reuters de KU Leuven al meermaals heeft uitgeroepen tot de meest innovatieve universiteit van Europa: ons tech transfer office levert prachtig werk. En ik heb stilaan wel wat ervaring met spin-offs: het zou mijn vijfde zijn.”
Hebben jullie al een idee van de kostprijs?
Bosserez: “In dit stadium kunnen we nog geen exacte prijs plakken op het waterstofpaneel, maar het is wel de bedoeling om het zo betaalbaar mogelijk te houden. De grondstoffen voor ons waterstofpaneel zijn in elk geval al goedkoop: je hebt geen edelmetalen of andere dure onderdelen nodig.”