Groene waterstofproductietechnologie is essentieel voor het realiseren van een duurzame koolstofvrije samenleving op basis van waterstof. Het splitsen van water in waterstof en zuurstof is een energie-intensief proces, daarom wordt groene waterstof bij voorkeur geproduceerd op locaties waar duurzame energiebronnen voorhanden zijn. De meest gekende methode voor de productie van waterschot uit water is de elektrolyse van water, waarbij elektriciteit als energiebron wordt gebruikt.

Fotokatalyse is een proces waarbij een chemische reactie die door licht wordt veroorzaakt. Licht bestaat uit fotonen, kleine energiepakketjes. Bij fotokatalyse wordt de energie van de fotonen gebruikt om de chemische reactie in gang te zetten. Een zeer bekend fotokatalytisch proces is de fotosynthese van planten, waarbij de door zonlicht geabsorbeerde fotonische energie wordt omgezet in de katalytische reactie van koolstofdioxide en water om koolhydraten en zuurstof te vormen.

Waterstof kan ook fotokatalytisch geproduceerd worden. Hierbij zet een katalysator de reactie (splitsing van water) in gang door gebruik van energie rechtsreeks afkomstig van de zon. Deze technologie is ontdekt in Japan en is ruim bestudeerd door vele onderzoekers wereldwijd. De laatste jaren krijgt deze technologie enorm veel aandacht als een potentieel op zichzelf staand proces voor efficiënte waterstofproductie.

Het productieproces
Fotokatalytische waterstofproductie is een proces waarbij zonne-energie wordt omgezet in chemische energie door middel van een geschikte fotokatalysator. Het is een watersplitsingsreactie waarbij water uiteenvalt in waterstof (H2) en zuurstof (O2) door middel van de energie afkomstig van de zonnestraling. Het proces is een ideaal voorbeeld van groene energieproductie aangezien het enkel lichtenergie, water en een katalysator nodig heeft.

Sinds begin jaren ‘70 werd ontdekt dat titaandioxide (TiO2) effectief is voor de fotokatalytische waterstofproductie. Maar het heeft nog een aantal fysische en chemische beperkingen waardoor zijn fotokatalytisch activiteit vaak versterkt wordt door koppeling van co-katalysator(en).

Veelbelovende technologie
Tot nu toe is het Spaanse bedrijf Sunrgyze de meest prominente ontwikkelaar van fotokatalyse technologie. Ze zijn van plan om in 2025 een demonstratiefabriek voor foto-elektrokatalyse te bouwen.

Het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) heeft ook meer dan 19 miljoen dollar aan financiering aangekondigd voor onderzoek naar en ontwikkeling van fotokatalyse op zonne-energie. Mede dankzij deze investering hopen ze de prijs van schone waterstof uiteindelijk te verlagen tot 1 dollar per kilogram in 2031.

Nederland en Europa hebben ook grote waterstofambities voor een klimaatneutraal energiesysteem en een duurzame industrie. Elektrolyse is de meest gebruikte en onderzochte productietechnologie van waterstof is Nederland, waarbij elektriciteit uit met name windenergie wordt gebruikt. Al zijn er ook wel enkele voorbeelden van elektrolysers die op zonne-energie draaien. Zo hebben Alliander en GroenLeven een waterstoffabriek naast een zonnepark geopend, net als Essent en Solinoor naast een drijvend zonneveld.

Het kabinet subsidieert de elektrolyse om de waterstofmarkt op te schalen en heeft het Klimaatfonds 9 miljard euro gereserveerd. Ook wordt de industrie gestimuleerd en verplicht om vanaf 2026 steeds meer hernieuwbare waterstof in te zetten. Fotokatalytische waterstof productietechnologie wordt nog niet gebruikt in Nederland, maar het kan zeker veelbelovend zijn voor de toekomst.