Elektriciteit gebruiken we pas 150 jaar, maar met steeds weer nieuwe toepassingen. Het begon met telecom, daarna voor verlichting. Vervolgens gebruikten we zogenoemde krachtstroom voor motoren met daarna radio, TV, verwarming, vervoer en ICT. De volgende grote toepassing van elektriciteit wordt elektrochemie: het bewerken van atomen en moleculen tot iets meer waardevols.  

Elektrochemie werkt twee kanten op: stroom maken of stroom gebruiken. De batterij beheerst hierbij beide kanten. Elektriciteit maken met chemie kennen veel mensen nog van de middelbare school waar, in een bak met zuur een zink, een koper staaf gestopt werd waardoor een stroom ging lopen door de verbonden draadjes.  

Elektrochemie wordt nu gebruikt bij het maken van aluminium en chloor. Door de opkomst van elektriciteit uit zon en wind is er nu veel interesse in een nieuwe toepassing: de Solar Fuels. Hiervoor zijn twee moleculen favoriet: methanol (CH3OH) en ammoniak (NH3).Deze fungeren nu als een soort grondstof in de chemische industrie. Voor beide moet eerst waterstof gemaakt worden.

Het gebruik van deze Solar Fuels kent twee toepassingen:

1. Vervangen van de huidige fossiel gedreven aanmaak.
2. De moleculen gebruiken als energiedrager voor opslag, transport en gebruik

Hoewel de functie als energiedrager functie nu veel aandacht krijgt, vermijdt het eerste punt  meer CO2 uitstoot. Het Delta Rhein Corridor project is een voorbeeld van benodigde energie infrastructuur. Helaas zijn in dit project de twee belangrijkste onderdelen geschrapt: de HVDC stroomkabel, nodig tegen congestie, en ammoniak tegen vervoer per trein. Bovendien is het vervoer van de waterstof in ammoniak het goedkoopste.  

 De bekendste vorm van elektrochemie is natuurlijk elektrolyse van water naar zuurstof en waterstof. Maar er is nog veel meer. Een voorbeeld dat mij fascineert is de elektrolyse van erts naar staal a la aluminium. Het maken van staal gebeurt nu met kolen en daar wil men nu omschakelen naar aardgas of waterstof. Deze technologie kan echter worden overgeslagen door elektrolyse van erts met zout water naar ijzer en chloor. Het bedrijf Boston Metal ontwikkeld deze revolutionaire stap. Ook bij ijzer krijgt de functie als energiedrager veel aandacht. RIFT van de TU Eindhoven, met ijzer poeder als bron voor hitte en Form Energy uit de VS met een ijzerbatterij, halen vele miljoenen op. Hier zijn helaas Cycle Efficiencies onduidelijk, dus waarschijnlijk slecht.

Elektrolyse van CO2 is ook mogelijk. Hieruit zijn vele chemicaliën uit te fabriceren zoals CO, mierenzuur, ethyleen en zelfs methaan. Het nadeel hiervan is dat CO2 zeer laag in energie-inhoud zit en er dus veel energie bij moet. CO2 uit de lucht halen is ook kostbaar en inefficiënt, uit rookgassen met hoge concentraties heeft dit de meeste kans, waarbij de vaak hogere temperatuur welkom is. Nieuwe ontwikkelingen zijn de elektrolyse van methaan naar waterstof en koolstof, of ammoniak kraken naar waterstof en stikstof en ook het ontzouten van water.

Elektrochemie is complex omdat er vele variabelen zijn. Katalysatoren, druk, temperatuur, faseovergangen, membranen, tussenproducten en daarnaast ook nog regelgeving, geld en politiek.  Gekoppeld aan variabele opwek van zon en wind is de zoektocht naar de juiste moleculen een grote uitdaging.