Het klinkt geweldig en dat is het eigenlijk ook: wetenschappers hebben een werkend prototype ontwikkeld dat vies water omzet in groene energie en schoon drinkwater. Het apparaat, dat op zonne-energie draait, is verrassend simpel en heeft het in zich om wereldwijd een echte ‘gamechanger’ te worden.
Het drijvende zonnepaneel is volgens de Cambridge-onderzoekers, die het bedachten, met name nuttig voor mensen in arme en afgelegen gebieden, omdat het systeem werkt op zonlicht in combinatie met wat voor waterbron dan ook, en geen energie van buitenaf nodig heeft.
Het kunstmatige blad
De inspiratie voor het design komt van de fotosynthese, die planten gebruiken om zonlicht in voedsel om te zetten. Eerdere versies van het ‘kunstmatige blad’ konden alleen waterstof produceren uit zonlicht en schoon water. Het nieuwe apparaat is in staat om vervuild water of zeewater als basis te gebruiken voor de productie van waterstof en tegelijk ook nog eens schoon drinkwater over te houden. Na uitgebreid testen bleek dat het apparaat zout zeewater, zwaar vervuild water en zelfs water uit de Cam-rivier, gebotteld in het centrum van de Britse universiteitsstad Cambridge, kon omzetten in schoon water.
“Het is erg lastig om waterzuivering en brandstofproductie op basis van zonne-energie samen te brengen in één apparaat”, zegt onderzoeker Chanon Pornrungroj van Cambridge. “Het splijten van water, waarbij watermoleculen worden afgebroken in waterstof en zuurstof, kan alleen maar plaatsvinden door puur water te gebruiken. Eventuele vervuilende stoffen kunnen de katalysatorstof vergiftigen of voor ongewenste chemische reacties zorgen.”
Twee vliegen in één klap
Dat het nu toch lukt met vies water is een enorme plus voor afgelegen en arme gebieden waar de infrastructuur die nodig is om water te splijten nauwelijks bestaat, legt onderzoeker Ariffin Mohamad Annuar uit. “Een apparaat dat ook zijn werk doet als we vervuild water als input aanleveren, lost twee problemen in één keer op: het produceert schone brandstof door water af te breken en tegelijk is het een bron van schoon drinkwater.”
Hoe het werkt
De wetenschappers plaatsten een fotokatalysator (zonnecel) op een koolstofnanostructuur die zowel licht als warmte goed kan absorberen. Het koolstofgaas genereert waterdamp, die door de fotokatalysator gebruikt wordt om waterstof te maken. De poreuze koolstofstructuur is waterafstotend, zorgt ervoor dat het apparaat blijft drijven en dat de zonnecel niet in aanraking komt met het water eronder. Op deze manier kunnen vervuilende stoffen er niet voor zorgen dat de fotokatalysator minder efficiënt werkt of kapotgaat.
Het apparaat zit erg vernuftig in elkaar en weet extra goed gebruik te maken van de energie van de zon. “Voor de productie van brandstof op basis van zonne-energie wordt normaal gesproken slechts gebruik gemaakt van een klein deel van het zonnespectrum. Met een groot gedeelte van dit spectrum wordt niks gedaan”, aldus Annuar.
Plantaardig blad nabootsen
Maar het team heeft daar iets op gevonden. Ze hebben een witte, UV-absorberende laag bovenop het drijvende apparaat geïnstalleerd. Dit is de motor achter het splitsen van water voor de waterstofproductie. De rest van het licht valt op de bodem van het apparaat, waar de schone waterdamp uitkomt. “Op deze manier maken we beter gebruik van het zonlicht dat op het apparaat valt. We genereren de damp voor het produceren van waterstof en de rest is waterdamp”, vertelt Pornrungroj. “We bootsen zo een plantaardig blad heel goed na, omdat het is gelukt om het transpiratieproces in de werking van het apparaat te implementeren.”
Een apparaat dat schone brandstof én schoon drinkwater produceert, en daar alleen zonlicht en een willekeurige waterbron voor nodig heeft, heeft uiteraard een enorme potentie. Overal ter wereld kunnen energie- en watercrises worden opgelost. Zo kan het bijvoorbeeld de luchtvervuiling binnenshuis verminderen, die wordt veroorzaakt door het koken op vuile brandstoffen als kerosine, waardoor jaarlijks meer dan 3 miljoen mensen overlijden volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO). Ook zijn er 1,8 miljard mensen op de wereld die geen of te weinig schoon drinkwater tot hun beschikking hebben in en om huis.
Eenvoudig en veelzijdig systeem
“Het design is erg eenvoudig. In enkele stappen kunnen we een apparaat bouwen dat goed werkt op allerlei verschillende soorten waterbronnen. Het kan een hoog gehalte aan vervuilende stoffen aan, het drijvende element zorgt ervoor dat het systeem ook in modderig en ondoorzichtig water blijft werken. Het is een enorm veelzijdig systeem”, zeggen de onderzoekers.
“Het apparaat is een ‘proof of concept’, waarmee we de haalbaarheid van de methode in de praktijk hebben aangetoond. Met dit soort oplossingen kunnen we een echte circulaire economie en een duurzame toekomst creëren”, vertelt professor Erwin Reisner, die het onderzoek leidde. “De klimaatcrisis en problemen rond volksgezondheid en milieuvervuiling hebben veel met elkaar te maken. Een methode die dit allemaal verbetert, is een gamechanger voor de mensheid.”
