Toyota gaat in samenwerking met onderzoeksinstituut Differ een systeem ontwikkelen dat waterstof produceert uit waterdamp. Zonlicht levert hiervoor de energie, zodat het hele proces klimaatneutraal is.

Toyota wil in 2050 een wagenpark hebben met nul CO2-uitstoot. Daarom zoekt de autofabrikant naar alternatieven voor de verbrandingsmotor. De verbrandingsmotor draagt door de verbranding van fossiele brandstoffen bij aan de CO2-productie. Wanneer waterstof reageert met zuurstof komt energie vrij in de vorm van elektriciteit. Die kan worden gebruikt om een auto aan te drijven. Bij deze reactie wordt alleen schoon water geproduceerd.

Dampfase

Op zoek naar een partner voor de benodigde technologie kwam Toyota uit bij een werkgroep van het Nederlandse onderzoeksinstituut Differ (Dutch Institute for Fundamental Energy Research), onder leiding van Mihalis Tsampas. De groep werkte aan een methode om water te splitsen in de dampfase, die veel vaker voorkomt dan de vloeibare fase. “Werken met gas in plaats van vloeistof heeft verschillende voordelen”, legt Tsampas uit. “Met vloeistoffen zijn een paar technische problemen gemoeid, zoals ongewenste belvorming. Bovendien hebben we in de gasfase geen dure installaties nodig om het water te zuiveren. En ten slotte, omdat we alleen het water gebruiken dat in de omringende lucht aanwezig is, is onze technologie ook bruikbaar op afgelegen plaatsen waar geen water beschikbaar is.”

Prototype

Na een geslaagde haalbaarheidsstudie hebben onderzoekers een foto-elektrochemische cel ontwikkeld die water uit de omgevingslucht kan opvangen. Vervolgens wordt hier onder invloed van zonlicht waterstof uit geproduceerd. In het nieuwe project gaan Toyota en Differ het bestaande systeem aanzienlijk verbeteren. “In ons eerste prototype gebruikten we model foto-elektroden, waarvan bekend is dat ze erg stabiel zijn. Maar het materiaal dat we daarvoor hebben gebruikt, absorbeert alleen uv-licht, dat minder dan vijf procent uitmaakt van al het zonlicht dat de aarde bereikt”, legt Tsampas uit.

Opschalen

In een volgende stap gaan de onderzoekers dan ook innovatieve materialen toepassen en de systeemarchitectuur optimaliseren om zowel de waterinname als de hoeveelheid geabsorbeerd zonlicht te vergroten. Vervolgens is het de kunst de technologie op te schalen. De huidige foto-elektrochemische cellen voor waterstofproductie zijn immers slechts een vierkante centimeter groot. Om economisch levensvatbaar te kunnen zijn, moet die omvang ten minste twee tot drie keer zo groot zijn. “Uiteindelijk stel ik me voor dat je dit soort systemen terug gaat zien in huizen, waar ze de waterstof produceren die nodig is om een waterstofauto zoals de Toyota Mirai voor dagelijks woon-werkverkeer van brandstof te voorzien”, verwacht Tsampas.