Zonlicht rechtstreeks omzetten in waterstof: rendement van 31,3 procent
Zonne-energie gebruiken om waterstof te maken, maar dan met zo weinig mogelijk tussenstappen. Onderzoekers van het Duitse Fraunhofer ISE zijn erin geslaagd om op die manier 31,3 procent van de zonne-energie om te zetten in waterstof. Een veelbelovend resultaat, al staat de techniek nog maar aan het begin van zijn ontwikkeling.
Groene waterstof
Waterstof kan worden gemaakt door water met behulp van elektriciteit te splitsen in waterstof en zuurstof. Dat proces heet elektrolyse. Wanneer de benodigde elektriciteit afkomstig is van zonnepanelen, kan op die manier groene waterstof worden geproduceerd.
Fraunhofer ISE pakt het nu iets anders aan. De onderzoekers ontwikkelden een klein systeem waarin zonnecellen en een elektrolyser rechtstreeks met elkaar verbonden zijn. De elektriciteit van de zonnecellen gaat dus meteen naar de elektrolyser, die daarmee waterstof produceert. Tijdens tests in de buitenlucht werd tot 31,3 procent van de zonne-energie omgezet in chemische energie in de vorm van waterstof.
Zonlicht wordt gebundeld
Voor het systeem worden geen gewone zonnepanelen gebruikt. Boven de zonnecellen zitten speciale Fresnel-lenzen. Die kun je vergelijken met een vergrootglas: ze bundelen het directe zonlicht en richten het op kleine, maar zeer efficiënte zonnecellen.
Het gaat om zogenaamde III-V-zonnecellen. Die halen een veel hoger rendement dan de klassieke siliciumzonnecellen die we op daken zien. Ze worden vandaag onder andere gebruikt in de ruimtevaart. In de proefopstelling leveren de zonnecellen een spanning van meer dan 4 volt.
Die zonnecellen werden rechtstreeks aangesloten op twee elektrolysecellen. De onderzoekers stemden beide onderdelen zo op elkaar af dat de opgewekte elektriciteit zonder omweg kan worden gebruikt om waterstof te maken. Daardoor kunnen verliezen tijdens bijkomende omzettingen worden vermeden.
Waarom is dat interessant?
Voor elektro-installateurs is vooral die combinatie interessant. Een klassiek energiesysteem bestaat vaak uit verschillende afzonderlijke onderdelen: zonnepanelen wekken elektriciteit op, omvormers en andere elektronica zetten die energie om en vervolgens kan een elektrolyser ermee aan de slag.
Fraunhofer onderzoekt of die keten eenvoudiger kan. Door de zonnecellen en elektrolyser vanaf het begin op elkaar af te stemmen, zijn minder tussenstappen nodig. Dat kan niet alleen energieverliezen verminderen, maar op termijn mogelijk ook leiden tot compactere systemen.
Een installatie voor morgen is het echter nog niet. De demonstrator is bijzonder klein: de gebruikte lenzen hebben samen een oppervlakte van slechts 64 cm². Bovendien werkt het systeem met geconcentreerd direct zonlicht en met geavanceerde zonnecellen die momenteel duurder zijn dan gewone siliciumcellen.
Fraunhofer benadrukt daarom zelf dat de ontwikkeling zich nog in een vroege fase bevindt. Het is nog niet duidelijk hoe snel de technologie kan uitgroeien tot een commercieel interessant systeem. De onderzoekers willen het concept wel verder ontwikkelen en zoeken investeerders voor een geplande spin-off onder de naam Clearsun Energy.
Het record van 31,3 procent is dus vooral een interessante blik op de toekomst. Het toont dat zonnepanelen en waterstofproductie veel nauwer met elkaar kunnen worden verbonden. Voor installateurs is dat een ontwikkeling om te volgen: naast het opwekken en opslaan van elektriciteit zou ook lokale productie van groene waterstof in toekomstige energiesystemen een grotere rol kunnen krijgen.