Duurzaamheid
Waterstof en zoet water uit zeewater? Een nieuwe oplossing op zonne-energie
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
De behoefte aan zoet water en waterstof
In veel regio’s met een groeiende bevolking is zoet water schaars. Dat kan ook politieke spanningen vergroten, zoals blijkt uit de discussie over wie de wateren van de Nijl mag gebruiken, bracht Egypte en Ethiopië bijna tot oorlog.
Ontzilting wordt steeds vaker toegepast, maar vergt veel energie. Ook een groot aantal zonnepanelen maakt het proces niet vanzelf goedkoop.
Daarnaast is er behoefte aan hernieuwbare energie die kan worden opgeslagen en als brandstof kan dienen voor zware machines en de industrie. Waterstof kan daarvoor een optie zijn, maar de hoge kosten hebben grootschalige toepassing tot nu toe beperkt.
Zonne-energie kan ook hierbij helpen, maar waterstofproductie via elektrolyse blijft kostbaar.
Een nieuwe, door zonlicht aangedreven elektrolysetechniek probeert beide problemen tegelijk aan te pakken. Zij gebruikt zeewater als uitgangspunt en levert naast waterstof ook zoet water op.
Onderzoekers van Johns Hopkins University, Michigan State University, Cornell University, Lehigh University en MIT beschreven de aanpak in Energy & Environmental Science onder de titel „Over 12% efficiency solar-powered green hydrogen production from seawater”.
Zeewater als grondstof
De oceanen bedekken ongeveer 70% van het aardoppervlak. Voor veel mensen is zeewater bereikbaar: meer dan 40% van de wereldbevolking woont binnen 100 km van een kust en meer dan 50% binnen 200 km.
Bron: StatsMapsNPix
„Daarom hebben we deze technologie bedacht. We vroegen ons af: wat zijn de meest overvloedige hulpbronnen op aarde? Zonlicht en zeewater zijn in de praktijk zeer ruim beschikbaar en kosten als grondstof niets.”
Zeewater bevat echter zout en is niet geschikt om te drinken of gewassen rechtstreeks mee te irrigeren. In droge gebieden worden daarom andere bronnen onderzocht, zoals waterwinning uit de lucht of better treatment of wastewater. Voor landen die grote hoeveelheden zoet water nodig hebben, kan ontzilting een duurzame optie zijn. In zonnige gebieden kan zonne-energie het proces aandrijven, bijvoorbeeld via through ion membranes of directe verdamping. De installaties zijn echter duur, wat ook de kosten per hoeveelheid water beïnvloedt.
„Water en energie zijn beide onmisbaar in het dagelijks leven. Meestal vraagt het opwekken van meer energie ook om meer water.
Tegelijk hebben we drinkwater nodig, want twee derde van de wereldbevolking heeft te maken met waterschaarste.”
Zeewater kan bovendien niet zonder voorbehandeling rechtstreeks worden gebruikt voor conventionele waterstofelektrolyse; daarvoor is zeer zuiver water nodig.
Zonlicht beter benutten
De kosten van ontzilting worden onder meer bepaald door grote installaties die zonlicht opvangen, terwijl het geproduceerde water betaalbaar moet blijven.
De onderzoekers wilden de zonne-installatie tegelijk zoet water en een waardevol energiedrager, waterstof, laten produceren.
Fotovoltaïsche panelen benutten slechts een deel van het zonlicht. Niet alle golflengten worden door het gebruikte materiaal in elektriciteit omgezet, en een rendement van 100% is onmogelijk.
De niet-benutte straling verwarmt de installatie. Die warmte kan het rendement van de zonnepanelen verder verlagen; veel ontwerpen presteren het best bij relatief lage temperaturen.
Eén geïntegreerd systeem
De onderzoekers onderzochten daarom of één apparaat met zonlicht en zeewater tegelijk elektriciteit, waterstof en zoet water kon leveren. Daarbij moet een nadeel van het ene proces een nuttige bijdrage aan een ander proces worden.
Het voorgestelde ontwerp combineert de processen op de volgende manieren:
- Waterstof en zoet water worden in hetzelfde apparaat geproduceerd, zodat onderdelen en kosten kunnen worden gedeeld en meer van het zonnespectrum wordt benut.
- Het systeem gebruikt zeewater als bron, zodat de waterstofproductie niet afhankelijk is van een afzonderlijke toevoer van zoet water.
- Bij de productie van zeer zuiver water wordt warmte opgenomen. Dat helpt de zonnepanelen te koelen en kan hun elektriciteitsopbrengst verbeteren.
- Het zeewater raakt de elektrokatalysator voor waterstofproductie niet rechtstreeks, waardoor corrosie en ongewenste reacties worden beperkt.
- De opgewekte elektriciteit wordt in hetzelfde apparaat direct voor de productie van waterstof gebruikt, zodat minder aanvullende opslag of netinfrastructuur nodig is.
Het technische ontwerp
Het idee klinkt eenvoudig, maar alle processen tegelijk efficiënt laten verlopen is een complexe technische opgave.
Een luchtspleet scheidt de verdamper van de elektrolyser met een protonenuitwisselingsmembraan (PEM). Daardoor komt het zeewater niet direct in aanraking met de elektrokatalysator.
Om de werking te verbeteren, voegde het team nog enkele onderdelen toe:
- Een capillaire lont houdt een dunne waterfilm tegen het zonnepaneel, zodat verdamping het paneel kan koelen.
- Warmte verhoogt de dampdruk, wat de productie van gedestilleerd water en de waterstofopbrengst kan ondersteunen.
- De warmte die vrijkomt wanneer damp weer vloeibaar wordt, kan de efficiëntie van de waterstofproductie helpen verhogen.
- Zeewater stroomt in één richting om zoutophoping in het ontziltingssysteem te beperken.
Aan het einde blijft iets zouter zeewater over. Het gedestilleerde water dat niet voor waterstof wordt gebruikt, kan na kwaliteitscontrole als zoet water worden benut.
„Het ontwerp was lastig, omdat ontzilting, elektrolyse en zonnepaneel op ingewikkelde manieren gekoppeld zijn. Zonne-energie en elektrische, chemische en thermische energie worden voortdurend omgezet en getransporteerd.”
De proefopstelling testen
Bij tests met hun hybride systeem voor zonnegedreven distillatie en elektrolyse (HSD-WE) produceerde een cel van 10 × 10 cm onder natuurlijk zonlicht ongeveer 200 milliliter waterstof per uur uit zeewater. Het gemeten rendement van zonlicht naar waterstof was 12,6%.
Bron: Cornell University
De proef vond buiten plaats met echt zeewater en wisselende weersomstandigheden. Op een bewolkt moment nam de waterstofproductie af.
De geraamde kosten
De onderzoekers berekenden wat een installatie op verschillende locaties zou kunnen produceren. Volgens hun model kan de kostprijs van waterstof na drie jaar gebruik richting 5 dollar per kilogram dalen en bij een levensduur van vijftien jaar mogelijk ongeveer 1 dollar per kilogram bedragen. Dit zijn projecties, geen gemeten kosten van een commerciële installatie. Ter vergelijking noemden zij destijds ongeveer 10 dollar per kilogram voor gangbare groene waterstof.
De kosten van conventionele groene waterstof hangen sterk af van energieprijzen en investeringen in apparatuur.
Het HSD-WE-ontwerp gebruikt rechtstreeks zonlicht en bevat relatief veel passieve onderdelen. Daardoor kan het in de berekening minder aanvullende infrastructuur nodig hebben voor netaansluiting, wateraanvoer en opslag. Of dat op grote schaal zo uitpakt, moet nog blijken.
„We willen CO₂-uitstoot en vervuiling voorkomen. Tegelijk letten we op de kosten: hoe lager die zijn, hoe groter de kans op brede toepassing. We denken dat toekomstige installaties veel potentieel hebben.”
Bedrijfsprofiel: Xylem en de watervoorziening
XYL Prijsgrafiek
Samen met het Europese Veolia behoort Xylem tot de grote bedrijven op het gebied van waterzuivering, afvalwaterbehandeling en ontzilting. Het bedrijf was volgens de bron actief in ongeveer 150 landen en bediende tienduizenden industriële klanten.
De belangrijkste markten zijn gemeentelijke drinkwater- en afvalwatersystemen. Xylem levert daarnaast oplossingen voor onder meer de gezondheidszorg, energievoorziening, voedingsindustrie en micro-elektronica.
Bron: Xylem
Xylem levert apparatuur voor de behandeling en productie van water, waaronder ozongeneratoren, uv-lampen, ontziltingsmembranen en systemen voor zeer zuiver water. Het biedt ook pompen, leidingen, software en diensten voor installatie, onderhoud en reparatie.
Bron: Xylem
De watersector is versnipperd. Xylem is een grote speler, maar had volgens de destijds aangehaalde bedrijfsgegevens slechts een deel van de totale markt die het bedient.
Het bedrijf investeert in onderzoek en ontwikkeling en kan te maken krijgen met nieuwe regels voor PFAS (per- en polyfluoralkylstoffen, ook wel „eeuwige chemicaliën” genoemd), waarbij duizenden nutsinstallaties mogelijk behandeling nodig hebben.
Het bedrijfsprofiel hangt sterk samen met langdurige investeringen in waterinfrastructuur. Een belegging in Xylem vraagt wel om beoordeling van actuele cijfers, waardering en risico’s.
Laatste nieuws over Xylem Inc.
Geraadpleegde studie:
1. Xuanjie Wang, et al. (2025) “Meer dan 12 % efficiëntie bij zonne‑aangedreven groene waterstofproductie uit zeewater”. Energy Environ. Sci., 2025, 18, 5264–5276. https://doi.org/10.1039/D4EE06203E
