Star Trek-stijl “Replicator” oogst water uit dunne lucht om schone brandstof te maken

Luister naar dit artikel

In Star Trek recyclet de replicator materie om alles te creëren wat je maar kunt wensen uit het niets – van een heerlijk steakdiner tot een eenvoudig glas water. Nu maken wetenschappers sciencefiction werkelijkheid! Een team in Zwitserland heeft een apparaat gemaakt dat water uit het niets kan halen.

Het apparaat in “Star Trek”-stijl kan daarom de ingrediënten leveren om waterstofbrandstof te maken – een schone energiebron. Het systeem op zonne-energie opent de deur naar goedkope groene benzine, diesel en kerosine die worden gebruikt voor vliegreizen.

“Om een duurzame samenleving te realiseren, hebben we manieren nodig om hernieuwbare energie op te slaan als chemicaliën die kunnen worden gebruikt als brandstoffen en grondstoffen in de industrie. Zonne-energie is de meest voorkomende vorm van hernieuwbare energie en we streven ernaar economisch concurrerende manieren te ontwikkelen om zonnebrandstoffen te produceren”, zegt hoofdonderzoeker professor Kevin Sivula van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Lausanne in een persbericht.

Koolstofvrije waterstof levert alleen water op bij gebruik in brandstofcellen, maar het is niet overvloedig aanwezig in de natuur. Bij grootschalige productie zijn meestal fossiele brandstoffen of elektriciteit nodig, die nog steeds leiden tot schadelijke emissies.

Het apparaat is geïnspireerd op de natuur

Het internationale team zegt geïnspireerd te zijn door bladeren. Ze zetten zonlicht om in energie met behulp van koolstofdioxide uit de lucht. In de natuur zet een plant de moleculen om in suikers en zetmeel die hij opslaat – een proces dat fotosynthese wordt genoemd.

Het prototype-apparaat werkt als een kunstmatig blad. Het heeft een halfgeleider en elektroden die poreus zijn – waardoor het contact met vocht wordt gemaximaliseerd. Een transparante coating verhoogt de blootstelling aan zonlicht, haalt water uit de lucht en verandert het in zonnebrandstof. In plaats van traditionele ondoorzichtige lagen te bouwen, is het substraat een 3D-gaas van vervilte glasvezels.

“Het ontwikkelen van ons prototype-apparaat was een uitdaging, aangezien transparante gasdiffusie-elektroden nog niet eerder zijn gedemonstreerd en we voor elke stap nieuwe procedures moesten ontwikkelen. Aangezien elke stap echter relatief eenvoudig en schaalbaar is, denk ik dat onze aanpak nieuwe horizonten zal openen voor een breed scala aan toepassingen, te beginnen met gasdiffusiesubstraten voor waterstofproductie op zonne-energie”, zegt Marina Caretti, hoofdauteur van het werk.

Het prototype werkt als een kunstmatig blad. Het heeft een halfgeleider en elektroden die poreus zijn – waardoor het contact met vocht wordt gemaximaliseerd.

Hoe werkt de technologie?

De onderzoekers begonnen met een soort glaswol, in wezen kwarts- of siliciumoxidevezels. Ze verwerkten het tot vilt door ze bij hoge temperatuur samen te smelten.

De wafer is gecoat met een transparante dunne film van met fluor gedoteerd tinoxide, bekend om zijn uitstekende geleidbaarheid, robuustheid en gemakkelijke opschaling. Het is ideaal om lichtdeeltjes – of fotonen – door te laten. Het team verstikte de wafel verder met een dunne film van zonlichtabsorberende halfgeleidermaterialen.

Het laat nog steeds licht door maar lijkt ondoorzichtig door het grote oppervlak van het poreuze substraat. Het apparaat kan al waterstofbrandstof produceren zodra het wordt blootgesteld aan zonlicht. De wetenschappers gingen verder met het bouwen van een kleine kamer met daarin de gecoate wafel, evenals een membraan voor het scheiden van het geproduceerde waterstofgas voor meting.

Wanneer hun kamer onder vochtige omstandigheden wordt blootgesteld aan zonlicht, wordt waterstofbrandstof geproduceerd, waarmee het doel van de wetenschappers wordt bereikt. Onderzoeksauteurs voegen eraan toe dat hun werk aantoont dat het concept van een transparante gasdiffusie-elektrode voor de productie van waterstofgas op zonne-energie op dit moment haalbaar is.

Het project, genaamd “Sun-to-X”, is gewijd aan het bevorderen van de technologie en wordt beschreven in het tijdschrift Advanced Materials.