Twee routes naar efficiëntere waterstof: katalysatoren en rioolslib

Waterstof kan energie opslaan voor toepassingen die moeilijk rechtstreeks te elektrificeren zijn, zoals bepaalde chemische processen, hoogtemperatuurwarmte en mogelijk delen van zwaar transport. Het is echter geen primaire energiebron: waterstof moet worden gemaakt, gecomprimeerd of vloeibaar gemaakt, vervoerd en weer omgezet. Elke stap kost energie.

Bij gebruik in een brandstofcel ontstaat aan het voertuig of apparaat vooral water. Bij verbranding kan naast water ook stikstofoxide ontstaan. De totale klimaatimpact hangt af van de productiewijze, elektriciteitsmix, methaan- en waterstoflekken en infrastructuur. Ook zijn gezuiverd water, veilige opslag en een ontstekingsbronvrije installatie nodig. Twee onderzoeken uit 2024–2025 tonen mogelijke verbeteringen, maar nog geen commerciële vervanging van fossiele waterstof.

Route 1: een zelfoptimaliserende katalysator voor zuurstofvorming

Bij elektrolyse vinden twee halfreacties plaats. Aan de kathode ontstaat waterstof via de waterstofontwikkelingsreactie (HER). Aan de anode ontstaat zuurstof via de zuurstofontwikkelingsreactie (OER). Vooral de OER verloopt traag en vraagt extra spanning, waardoor een goede katalysator belangrijk is.

Bron: SpectroInlet

Onderzoekers van onder meer Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Technische Universität Darmstadt, het Max-Planck-Institut für Polymerforschung, Harbin Institute of Technology en Shandong University maakten nanostructuren van kobalt-wolfraamoxide op een in het laboratorium vervaardigd koperoxidesubstraat. Het artikel verscheen in 2025 in Angewandte Chemie International Edition onder de titel Self-optimizing cobalt tungsten oxide electrocatalysts toward enhanced oxygen evolution in alkaline media.¹

Eénstapsdepositie en herstructurering

De onderzoekers gebruikten een natchemische depositiestap om verschillende verhoudingen van kobalt- en wolfraamprecursoren op koperoxide aan te brengen. Tijdens gebruik in 1,0 M kaliumhydroxide veranderde het grensvlak van het beste composiet. Geoxideerde kobaltsoorten werden de werkelijke actieve plaatsen, terwijl de binding van zuurstofintermediairen verschoof van wolfraam naar kobalt.

Bron: Angewandte Chemie

XPS-, ATR-FTIR- en Raman-metingen, samen met dichtheidsfunctionaaltheorie, ondersteunden dit mechanisme. De vorming van het *OOH-intermediair kwam uit de berekeningen naar voren als de snelheidsbepalende stap. Tijdens de test namen de benodigde overspanning en Tafelhelling af, terwijl onder meer stroomdichtheid, elektrochemisch actief oppervlak, bevochtigbaarheid en geleidbaarheid toenamen.

Bron: Angewandte Chemie

“In het algemeen maten we duidelijk lagere overspanningen en hogere stroomdichtheden, samen met een sterke verbetering van de OER-kinetiek.”
— Onderzoeksteam, samengevat uit de publicatie

“Zelfoptimaliserend” betekent hier dat de katalysator tijdens de gemeten bedrijfscondities een gunstige oppervlaktereconstructie onderging. Het betekent niet dat slijtage onbeperkt wordt hersteld. De studie was een laboratoriumproef in alkalisch elektrolyt; zij bewees geen meerjarige levensduur, industriële cel, systeemkosten of werking in de zure omgeving van een PEM-elektrolyser. Het koperoxide was bovendien laboratoriumgemaakt. Opschaling, reproduceerbaarheid, metaaluitloging en prestaties bij hoge industriële stroomdichtheid moeten nog worden aangetoond.

Route 2: rioolslib omzetten in waterstof en eiwit

Een afzonderlijke studie van Nanyang Technological University, Monash University en University of Hong Kong verscheen in Nature Water als Solar-driven sewage sludge electroreforming coupled with biological funnelling to cogenerate green food and hydrogen.² Het onderzoek combineerde mechanochemische voorbehandeling, elektrochemische reforming en microbiële omzetting.

Van problematisch slib naar verschillende productstromen

Zuiveringsslib bevat water, organisch materiaal, ziekteverwekkers en mogelijk zware metalen. Storten of verbranden kost energie en kan emissies veroorzaken; anaerobe vergisting wint wel energie terug, maar verwerkt niet alle organische koolstof. Het onderzochte proces bestond uit:

1. nat malen en alkalische hydrolyse om organische stoffen oplosbaar te maken;
2. verwijdering van zware metalen;
3. elektroreforming van opgeloste organische stoffen, waarbij aan de kathode waterstof en in de vloeistof onder meer azijnzuur ontstond;
4. biologische omzetting van resterende koolstof in eencellig eiwit.

https://www.youtube.com/watch?v=nevcANJ9Fko

Bron: Nature Water

De onderzoekers rapporteerden ongeveer 91,4% terugwinning van de totale organische koolstof, waarbij meer dan 63% in de eencellige biomassa terechtkwam. De opstelling bereikte tot 49% efficiëntie van elektriciteit naar waterstof en 10% van zonne-energie naar waterstof. Deze cijfers beschrijven de specifieke laboratoriumopstelling en zijn geen gegarandeerde prestaties van een gemeentelijke installatie.

Klimaatclaim vraagt om de juiste systeemgrens

De oude tekst noemde het hele proces zonder voorbehoud koolstofvrij en zelfs koolstofnegatief. De levenscyclusanalyse laat juist een sterke afhankelijkheid van de elektriciteitsbron zien. Met fossiele netstroom veroorzaakte de elektrolyser ongeveer 83% van het elektriciteitsgebruik en was het proces volgens de paper nog niet concurrerend met verbranding, al lag de uitstoot 92,3% lager dan bij de gekozen anaerobe-vergistingsreferentie. Met rechtstreeks zonnevermogen berekende het team een reductie van 99,5% ten opzichte van die referentie; bij waterkracht kon het model een netto energieterugwinning geven.

Dat zijn scenario’s binnen een gate-to-gate-analyse, geen bewijs dat elke installatie koolstofnegatief is. De uitkomst verandert met elektriciteitsprijs, loogproductie, transport, slibsamenstelling, schaal, productopbrengst en de toegekende vervangingskredieten.

“Wij hopen dat de methode laat zien dat slib duurzaam kan worden beheerd en anders kan worden gezien: als grondstof voor schone energie en duurzame eiwitproductie.”
— Dr. Hu Zhao, Nanyang Technological University

Ook “groen voedsel” verdient nuance. Het onderzoek maakte eencellig eiwit en verwijderde zware metalen uit de geteste stroom, maar grootschalig gebruik als diervoeder vereist consistente verwijdering van pathogenen, organische verontreinigingen en metalen, plus toxicologische, voedingskundige en wettelijke goedkeuring. Het was geen menselijke voedselproef.

Wat betekenen deze studies voor waterstof?

De kobalt-wolfraamstudie probeert de trage zuurstofreactie van alkalische waterelektrolyse te verbeteren. De slibstudie vervangt die zuurstofreactie juist door oxidatie van organisch afval, waardoor waterstof bij een lagere celspanning kan worden gemaakt en tegelijk afval wordt verwerkt. Het zijn verschillende routes en zij zijn niet samen getest.

Beide resultaten zijn veelbelovend, maar commercialisering vraagt duurtesten, materiaal- en massabalansen, volledige levenscyclusanalyse, veiligheid, standaardisering van grondstoffen, demonstratie op pilotschaal en een kostenvergelijking met bestaande elektrolysers en slibverwerking.

Beleggingscontext: wolfraam en Almonty Industries

Wolfraam is belangrijk voor harde metalen, snijgereedschap, elektronica, hoge-temperatuurtoepassingen en defensie. Gebruik van wolfraam in één experimentele katalysator betekent echter niet dat waterstofelektrolyse automatisch een grote nieuwe wolfraammarkt wordt. De katalysatorstudie bevatte geen commerciële materiaalvraag.

Almonty Industries produceert wolfraam uit de Panasqueira-mijn in Portugal en ontwikkelt de Sangdong-mijn in Zuid-Korea. De Spaanse projecten bevinden zich in andere ontwikkelingsfasen. Productie, ontwikkeling en minerale hulpbronnen mogen niet als gelijkwaardige inkomstenbronnen worden opgeteld.

(ALM )

Bron: Almonty

In de bedrijfspresentatie van februari 2025 stond Sangdong nog als bouwproject met voltooiing rond midden 2025. Dat schema werd niet gehaald: Almonty meldde de eerste ertslading naar de run-of-mine-opslag in december 2025 en een formele commissioningceremonie in maart 2026. De overgang naar stabiele commerciële doorvoer en ontwerpcapaciteit blijft een apart uitvoeringsrisico.

Bron: Almonty

Het 15-jarige afnamecontract met Global Tungsten & Powders, onderdeel van Plansee, bevatte een prijsmechanisme dat volgens de technische documentatie correspondeerde met een APT-referentie van US$235 per MTU. Dat is geen gegarandeerde winstmarge: betaalbaarheid van concentraat, kwaliteit, terugwinning, volumes, bouwkosten, financiering en bedrijfskosten blijven bepalend. De oude tekst vergeleek dit rechtstreeks met een door het bedrijf geraamde kasprijs van US$110 per MTU en noemde de marge vrijwel zeker; zo’n vergelijking negeert contractformules, royalties, ramp-up en kostenoverschrijdingen.

Almonty biedt blootstelling aan strategische wolfraamaanvoer buiten China, maar kent mijnbouw-, bouw-, metallurgische, grondstoffenprijs-, financierings-, verwaterings-, vergunning- en landenrisico’s. De forse koersbeweging na Chinese exportmaatregelen bewijst geen blijvende premie of toekomstige winst.

Conclusie

De twee onderzoeken laten verschillende manieren zien om waterstof efficiënter te maken: een katalysator waarvan het actieve oppervlak tijdens alkalische OER gunstig verandert, en een systeem dat organische stoffen in rioolslib elektrochemisch reformeert terwijl het waterstof en biomassa produceert. Beide zijn laboratoriumresultaten met duidelijke opschalingsvragen.

Voor beleggers is het belangrijk onderzoek, een commercieel elektrolysesysteem, een afvalverwerkingsinstallatie en een wolfraammijn van elkaar te onderscheiden. Almonty kan profiteren van vraag naar wolfraam, maar de waterstofpaper alleen vormt geen omzetprognose voor het bedrijf.

Referenties

^{1. Nickel, C., Troglauer, D. L., Dallos, Z. et al. Self-optimizing cobalt tungsten oxide electrocatalysts toward enhanced oxygen evolution in alkaline media. Angewandte Chemie International Edition 64 (2025). https://doi.org/10.1002/anie.202424074.}

^{2. Zhao, H., Sun, Z., Li, C. et al. Solar-driven sewage sludge electroreforming coupled with biological funnelling to cogenerate green food and hydrogen. Nature Water 2, 1102–1115 (2024). https://doi.org/10.1038/s44221-024-00329-z.}