Nieuws

Universiteit Twente vergroot efficiëntie 'solar fuels' Dankzij microdraadjes

Onderzoekers van UT-onderzoeksinstituut MESA+ hebben een belangrijke stap gezet in het efficiënter maken van technologie om zonnebrandstoffen (solar fuels) op te wekken. Hierbij zet je energie uit zonlicht rechtstreeks om naar een bruikbare brandstof; in dit geval waterstof. Met enkel materialen die veel in de natuur voorkomen, ontwikkelden ze de meest efficiënte omzettingsmethode tot nu toe. De truc: ze slaagden er in om de plaats waar je zonlicht opvangt, te ontkoppelen van de plaats van de omzettingsreactie. Het onderzoek is op 15 januari gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Energy. 

Onderzoekers overal ter wereld werken aan de ontwikkeling van solar fuel technologie. Hierbij wek je, net als planten, duurzame brandstoffen op met enkel zonlicht, CO2 en water. Een consortium van onderzoekers van UT-onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente werkt aan een zogenoemd solar to fuel-apparaat, dat waterstof produceert. Binnen dit fundamentele onderzoek hebben ze nu een belangrijke doorbraak bereikt. Met behulp van veelvoorkomende materialen – dus zonder de inzet van schaarse en dure edelmetalen – slaagden ze er in om de, tot dusverre meest efficiënte, methode te ontwikkelen om licht om te zetten naar waterstof. Het systeem bestaat uit microdraadjes gemaakt van silicium die minder dan één tiende van een millimeter lang zijn en waarvan alleen de bovenkant bedekt is met een katalysator. De fotonen (lichtdeeltjes) worden tussen de draadjes opgevangen. De chemische reactie waarbij waterstof ontstaat, vindt plaats bij de katalysator aan het uiteinde van de draadjes. 

Loskoppelen

In hun onderzoek bereikten de wetenschappers, door de dichtheid en de lengte van de microdraadjes te variëren, een maximale efficiëntie van 10,8 procent. Deze wisten ze te behalen doordat ze de plaats waar de fotonen werden opgevangen los hadden gekoppeld van de plaats waar de omzettingsreactie plaatsvindt. Dit is nodig, omdat katalysatoren doorgaans licht weerkaatsen. Dit terwijl je – om de omzetting zo efficiënt mogelijk te laten verlopen – wil dat je juist zo veel mogelijk licht kunt absorberen. Het blijkt wel belangrijk om die ontkoppeling op de microschaal te doen, want daarboven wordt de geleiding door de siliciumdraden de beperkende factor.

Prof. dr. ir. Jurriaan Huskens, een van de betrokken onderzoekers, geeft aan dat 10,8 procent de hoogste efficiëntie is voor een ontwerp gemaakt van silicium, maar stelt wel dat de efficiëntie nog verder moet stijgen richting vijftien procent om de technologie ook economisch interessant te kunnen maken.

Onderzoekers

Het onderzoek is uitgevoerd door Wouter Vijselaar, Pieter Westerik, Janneke Veerbeek, Roald Tiggelaar, Erwin Berenschot, Niels Tas, Han Gardeniers en Jurriaan Huskens van de vakgroepen Molecular NanoFabrication en Mesoscale Chemical Systems en het MESA+ NanoLab. Nature Energy heeft het onderzoek gepubliceerd onder de titel ‘Spatial Decoupling of Light Absorption and Catalytic Activity of Ni-Mo-Loaded High-Aspect-Ratio Silicon Microwire Photocathodes’.

Joost Bruysters
Persvoorlichter (aanwezig ma-do)
Wiebe van der Veen
Persvoorlichter (aanwezig ma-vr)