Waterstof maken en afvalwater zuiveren: dit kunstblad doet het allebei

Onderzoekers van de Nanyang Technological University (NTU) in Singapore hebben een kunstmatig blad gebouwd dat met zonlicht waterstof maakt uit zeewater en tegelijk een giftige industriële stof afbreekt. Het apparaat heeft geen externe stroombron nodig: het haalt al zijn energie uit licht.

Om waterstof uit water te halen, stuur je stroom door water tussen twee polen. Aan de ene kant ontstaat waterstof, aan de andere kant zuurstof. Vooral die zuurstofkant vraagt veel energie. In zeewater komt daar een extra probleem bij: aan die kant reageert ook het zout mee, wat samen met de hoge energievraag het rendement drukt. Daarbij ontstaan chloorverbindingen die giftig zijn en de onderdelen aanvreten.

De onderzoekers omzeilen dat door aan die kant geen zuurstof te maken, maar hydrazine af te breken. Die stof valt veel makkelijker uit elkaar, in stikstof en nog meer waterstof. Dat vergt minder energie. Bovendien ontstaat er nauwelijks chloor.

Giftige stof

Hydrazine is een kleurloze vloeistof die in de industrie op grote schaal wordt gebruikt (en daarna vaak in afvalwater terechtkomt). Energiecentrales halen er zuurstof mee uit ketelwater, ruimtevaartuigen gebruiken het als brandstof voor hun stuurraketjes en de chemie gebruikt het als grondstof voor onder meer medicijnen en landbouwmiddelen. Het kankeragentschap van de WHO beschouwt de stof als waarschijnlijk kankerverwekkend.

De stroom voor de reactie komt van een laagje perovskiet, een kristalmateriaal dat ook in een nieuwe generatie zonnecellen zit en licht omzet in elektriciteit. Het apparaat bleef drie dagen stabiel werken onder licht dat vergelijkbaar is met de volle zon. In het lab bracht het de hoeveelheid hydrazine in zo'n 30 uur terug van ongeveer 1,6 procent van het gewicht van het afvalwater naar 0,5 deeltjes per miljard. 

De technologie is nog niet klaar voor de markt. Het gebruikte perovskiet bevat lood en loodhoudende perovskieten staan erom bekend dat ze in zeewater snel degraderen. De onderzoekers beschermden het materiaal daarom met titaniumfolie en een geleidende hars. Ze schrijven zelf dat echt afvalwater veel complexer is samengesteld en dat er nog systemen ontwikkeld moeten worden die daarmee overweg kunnen.