Na de zonnepanelen, nu ook waterstofpanelen op uw dak?

Zijn waterstofpanelen maken gouden waterstof, geen groene. En de toepassingsmogelijkheden zijn schier onbeperkt, zo maakt onderzoeker Johan Martens zich sterk.

Nog niet zo lang geleden waren ze een rariteit, maar intussen horen zonnepanelen bij het straatbeeld zoals lantaarnpalen en geparkeerde auto’s. Gaat het met waterstofpanelen dezelfde kant op? Dat is wel de verwachting van Johan Martens. De Leuvense hoogleraar oppervlaktechemie en katalyse heeft van de jacht op groene waterstof zijn levenswerk gemaakt. Drie jaar geleden presenteerde zijn onderzoeksteam een paneel dat waterdamp uit de lucht haalt en daar met zonlicht waterstof uit produceert. Intussen werd het prototype grondig aangepast met het oog op industriële opschaling. Martens en zijn team werken aan de oprichting van Solhyd, een spin-off van de KU Leuven die tegen 2026 met de grootschalige productie hoopt te beginnen.

Het tussentijdse resultaat, op het eerste gezicht een zonnepaneel met een extra laag voor het aanzuigen en omzetten van lucht, werd vorige week gedemonstreerd op een cleantech event voor vertegenwoordigers van Flanders Investment and Trade. Het enthousiasme over de exportmogelijkheden was groot, want groene waterstof moet de volgende Grote Sprong Voorwaarts in de energietransitie worden. Ook internationaal wekt de innovatie veel belangstelling. Het was de afgelopen jaren in Martens’ lab een komen en gaan van collega’s en ondernemers uit de boomende hydrogen community. Intussen werd hij samen met postdoctoraal onderzoekers Jan Rongé en Tom Bosserez door het Europees Octrooibureau genomineerd voor de prestigieuze European Inventor Award 2022, die deze week wordt uitgereikt. Of het trio met een trofee terugkeert uit München, staat op het moment van dit gesprek nog niet vast. ‘Maar de nominatie is een erkenning op zich’, zegt Martens. ‘We zijn trouwens ook nog in de running voor de publieksprijs.’

Waar zit het innovatieve genie precies?

Johan Martens: Groene waterstof is intussen geëvolueerd tot een macroscopisch verhaal. Er staan wereldwijd projecten op stapel van honderden megawatt tot zelfs meer dan één gigawatt, het formaat van een kerncentrale. Meestal gaat het om combinaties van windmolenparken op zee en elektrolyse, soms levert zonne-energie de stroom. Die grote installaties zijn absoluut noodzakelijk, want om de energietransitie te doen slagen, kunnen we niet genoeg waterstof produceren. Precies daarom moeten we alle mogelijkheden benutten.

De ijskelder komt terug.

Ons waterstofpaneel is complementair met die mega-installaties, maar als concept is het zowat het tegendeel. Kleinschalig, modulair, ideaal voor gedecentraliseerde productie zoals we die al kennen van PV-installaties (photovoltaic of zonnepanelen, nvdr). En wat echt uniek is: elk paneel kan autonoom functioneren want alle functies zijn ingebouwd. Waterdamp en zon, meer heb je niet nodig. Je zou het proces als artificiële fotosynthese kunnen omschrijven.

Ik spreek overigens niet van groene maar van gouden waterstof, rechtstreeks afgetapt van de zon. Voor onze energieonafhankelijkheid, een gevoelig thema dezer dagen, is dat een troef. Om aan de enorme vraagstijging naar waterstof te voldoen, rekent men vooral op import uit Zuid-Amerika of Australië, waar de omstandigheden voor giga-installaties optimaal zijn. Met onze gedecentraliseerde productiemethode kunnen we die afhankelijkheid beperken. In Europa is overal zon genoeg om ons waterstofpaneel te doen werken.

Welke toepassingen ziet u?

Martens: Die zijn schier onbeperkt. Ons is het om de impact op het klimaat en de biodiversiteit te doen. Ik zie twee belangrijke domeinen. In het Zuiden zijn zowat 3 miljard mensen afhankelijk van hout voor hun energiebehoeften. Gevolg: ontbossing die rampzalig is voor klimaat en biodiversiteit. Ngo’s proberen daar met lpg wat aan te doen, maar dat is logistiek een moeilijk verhaal en bovendien is lpg een fossiele brandstof. Waterstofpanelen zijn een veel betere oplossing. Veel van die mensen wonen in tropische gebieden. Vochtig en zonnig, dat is ideaal voor onze panelen die geen externe stroom- of watertoevoer nodig hebben. Met vier à vijf panelen kun je een familie voorzien, zelfs in afgelegen dorpen kunnen ze waterstof als gas gebruiken om te koken of te koelen.

Daarnaast zie ik een gigantisch potentieel in de geïndustrialiseerde wereld. Ik ben niet sceptisch over batterijwagens, we kunnen nog heel veel elektrificeren. Maar het is ook duidelijk dat er veel níét kan geëlektrificeerd worden. Industriële processen, zware voertuigen, scheepvaart, om dat te decarboniseren zullen we heel veel waterstof nodig hebben.

Tropen zijn dus ideaal. Werkt jullie paneel even goed in andere klimaatzones?

Martens: Ja, behalve misschien in extreem droge gebieden zoals Death Valley in Californië. Maar wist je dat in de meeste woestijngebieden de luchtvochtigheid ’s nachts hoog oploopt? Onze panelen bufferen dan het water tot de zon schijnt en er via elektrokatalyse waterstof geproduceerd kan worden.

Liggen straks de daken van onze woningen vol met waterstofpanelen?

Martens: In een eerste fase denk ik aan collectieve installaties, bijvoorbeeld op openbare gebouwen. Maar de technologie gaat nog sterk evolueren, we werken in ons lab trouwens aan een tweede, even baanbrekende innovatie voor de opslag van waterstof. Nu moet je het als gas onder enorme druk samenpersen om het efficiënt te stockeren. Vloeibaar maken kan ook, maar dan moet je het tot -253 graden afkoelen. Wij hebben een veel beter alternatief: ijs.

Hoezo?

Martens: IJs is erg open, daarom drijft het op water. Die eigenschap geeft ijs een immens potentieel om waterstofmoleculen te binden. We werken aan een ijsbatterij die per kubieke meter tot tien keer meer energie kan opslaan dan de thuisbatterijen die nu bij particuliere pv-installaties worden geplaatst. We zijn nog niet zover, maar de ijskelder komt terug.

Bent u hoopvol over de klimaatcrisis?

Martens: Ja, wetenschappers kunnen dat oplossen. Niet met één wondermiddel, we moeten er alles tegenaan gooien wat we in huis hebben. Wetenschap en technologie, maar ook duurzaam consumeren en circulair produceren. In mijn lab werken 40 onderzoekers en technici op verschillende projecten die allemaal geselecteerd zijn op impact.

Circulaire landbouw is nog een van mijn stokpaardjes. Het is onaanvaardbaar dat 70 procent van de uitgestrooide kunstmeststof niet in de gewassen belandt maar in de lucht of het oppervlaktewater, met enorme pollutie als gevolg. Laten we dat efficiënter aanpakken, bijvoorbeeld door veestallen uit te rusten met betere wassers. We werken nu aan een methode om ammoniak efficiënt af te vangen en meteen om te zetten in ammoniumnitraat, een premium meststof waarvan de prijzen momenteel door het dak gaan. Circulair, zo zie ik de landbouw van de toekomst. Landbouwers zullen trouwens een belangrijke rol spelen in de waterstoftransitie.

Hoe dan?

Martens: Door akkers deels met waterstofpanelen te overdekken. Dat kan perfect, heel wat gewassen gedijen beter zonder overmatige blootstelling aan de zon, en de overkapping beschermt tegen extreme neerslag. Zo worden landbouwers niet alleen leveranciers van vlees, zuivel en groenten, maar ook van waterstof.