Kunstmatig blad maakt waterstof uit zeewater en zuivert tegelijk afvalwater

Onderzoekers van de Nanyang Technological University (NTU) in Singapore hebben een kunstmatig blad ontwikkeld dat met zonlicht waterstof kan produceren uit zeewater. Tegelijkertijd breekt het apparaat een giftige industriële stof in afvalwater af. Het systeem heeft daarvoor geen externe stroombron nodig.

Bij traditionele elektrolyse wordt water met behulp van elektriciteit gesplitst in waterstof en zuurstof. Bij gebruik van zeewater ontstaat daarbij een extra probleem: het zout kan ongewenste chemische reacties veroorzaken, waarbij onder meer giftige chloorverbindingen ontstaan. Ook kost de productie van zuurstof relatief veel energie.

De onderzoekers hebben daarom gekozen voor een andere reactie. In plaats van aan de ene elektrode zuurstof te produceren, wordt daar hydrazine afgebroken. Deze industriële stof kan relatief eenvoudig worden omgezet in stikstof en waterstof. Daardoor is minder energie nodig en wordt de vorming van chloorverbindingen grotendeels voorkomen.

De benodigde elektriciteit wordt opgewekt met een dunne laag perovskiet, een kristalmateriaal dat ook wordt onderzocht voor gebruik in zonnecellen. Het kunstmatige blad wist onder licht vergelijkbaar met vol zonlicht drie dagen stabiel te functioneren.

In een laboratoriumexperiment werd de hoeveelheid hydrazine in het afvalwater in ongeveer dertig uur sterk teruggebracht: van circa 1,6 procent van het gewicht van het water tot 0,5 deeltjes per miljard. Hydrazine wordt onder meer gebruikt in de industrie, chemische productie en als brandstof voor de voortstuwing van ruimtevaartuigen. De stof wordt door het kankeronderzoeksagentschap van de Wereldgezondheidsorganisatie beschouwd als waarschijnlijk kankerverwekkend.

De technologie is voorlopig nog niet geschikt voor grootschalige toepassing. Het gebruikte perovskiet bevat lood en kan daardoor in contact met zeewater snel degraderen. De onderzoekers beschermen het materiaal momenteel met titaniumfolie en een geleidende hars. Daarnaast is echt industrieel afvalwater veel complexer van samenstelling dan het water dat in de laboratoriumproeven is gebruikt. Voor praktische toepassing zijn daarom nog verdere ontwikkelingen nodig.