Schenk jezelf een glas water in en kijk er eens naar. Dit water bevat een overvloedige bron van brandstof, waterstof. Waterstof brandt schoon, in tegenstelling tot op benzine-gebaseerde energieproducten. Klinkt het te mooi om waar te zijn? Wetenschappers in Japan splitsten met succes water in waterstof en zuurstof met behulp van lichte en zorgvuldig ontworpen katalysatoren, en ze deden dit met de maximale efficiëntie, wat betekent dat er bijna geen verlies en ongewenste nevenreacties waren. Deze nieuwste doorbraak in de productie van waterstof op zonne-energie maakt de waarschijnlijkheid van schaalbare, economisch levensvatbare waterstofproductie meer dan waarschijnlijk, wat de weg vrijmaakt voor de mensheid om de overstap naar schone energie te maken.
Watersplitsing met behulp van katalysatoren en zonlicht, fotokatalyse genaamd, is al tientallen jaren een veelbelovende methode om waterstofproductie op zonne-energie te realiseren. De meeste eerdere pogingen leverden echter slechts een externe kwantumefficiëntie op van minder dan ongeveer 50 procent, wat de moeilijkheid vertegenwoordigt van een efficiënt katalysatorontwerp voor gebruik in de echte wereld. De katalysator moest beter worden ontworpen, zodat elk geabsorbeerd foton uit de lichtbron wordt gebruikt om waterstof te maken. De sleutel tot het verbeteren van de efficiëntie was de strategische plaatsing van de co-katalysatoren en het voorkomen van defecten in de halfgeleider.
Gepubliceerd in Nature van 27 mei, Tsuyoshi Takata van Shinshu University et al. brak nieuwe grenzen in de energieproductie door aluminium-gedoteerde strontiumtitanaat als fotokatalysator te gebruiken, waarvan de eigenschappen uitgebreid zijn bestudeerd en daarom het best zijn begrepen. Ze kiezen co-katalysatoren rhodium voor waterstof met chroomoxide en kobalt-oxide voor zuurstof, door ze te fine-af te stemmen zodat ze alleen de gewenste reacties aangaan. Deze methode maakte het mogelijk dat de reactie geen recombinatieverliezen had.
Deze nieuwe bevindingen openen de deuren naar schaalbare en economisch haalbare waterstofproductie op zonne-energie. Hun ontwerpstrategieën zijn erin geslaagd defecten te verminderen die leiden tot bijna perfecte efficiëntie, en de opgedane kennis zal worden toegepast op andere materialen met intense absorptie van zichtbaar licht. Er is nog meer werk nodig voordat we onze auto's op waterstof kunnen laten rijden, omdat dit onderzoek zich toespitste op het gebruik van ultraviolet licht en overvloedig zichtbaar licht van de zon ongebruikt bleef. Door deze grote doorbraak is die mogelijkheid echter niet langer te mooi om waar te zijn, maar in theorie slechts een kwestie van tijd. Hopelijk zal het wetenschappers, onderzoekers en ingenieurs aanmoedigen om zich op dit gebied in te spannen, waardoor het gebruik van waterstof op zonne-energie veel dichterbij komt.
