Waterstof al dan niet de oplossing?

Wordt waterstof de oplossing van het energieprobleem. Volgens de eminente Amerikaans chemicus Daniel Nocera wel, al moeten er volgens hem nog belangrijke wetenschappelijke stappen gezet worden om dat doel te bereiken. Andere wetenschappers delen zijn mening echter niet.

"Een Amerikaans chemicus probeert te achterhalen hoe de wereld tegen het midden van deze eeuw voldoende energie zal produceren om negen miljard mensen te bevoorraden, zonder dat er massa's koolstofdioxide in de atmosfeer gepompt worden," stipt het persbureau Associated Press aan.

Het persbureau stelt dat Daniel Nocera aan een oude droom werkt, waarbij de overvloed van zonne-energie gebruikt wordt om water te splitsen in zuurstof en waterstof. "Die elementen zouden dan gebruikt kunnen worden om zuivere brandstofcellen of nieuwe machines te laten draaien," aldus AP-journalist Brian Bergstein. "Maar men overweegt ook om de energie van de reactie zelf te verzamelen en op te slaan."

Het procédé bestaat al in de plantenwereld. Fotosynthese stimuleert de bladeren immers om water en koolstofdioxide af te breken en om te zetten in zuurstof en suiker, dat door de planten gebruikt wordt als brandstof. "Maar technisch is fotosynthese niet efficiënt," voert Bergstein aan. "Nocera en andere wetenschappers proberen het procédé te repliceren en te verbeteren."

Waterstof is het meest aanwezige element in het universum, maar is meestal gebonden aan andere stoffen. "Op dit ogenblik wordt het geput uit fossiele brandstoffen, de grote verantwoordelijken voor de opwarming van de aarde," zegt Bergstein nog. "Brandstofcellen - waar een combinatie van waterstof en zuurstof elektriciteit en water produceren - hebben een groene reputatie, maar dat kan alleen wanneer het waterstof van zuivere bronnen komt."

Maar Bergstein stelt dat Nocera op dat vlak wil werken. "Indien zijn procédé werkt, zal geen koolstof meer nodig zijn, want de energie zou afkomstig zijn van het zonnelicht," benadrukt hij. "De aarde krijgt elk uur genoeg zonlicht te verwerken om de hele wereld maanden van energie te voorzien." Het probleem is op dit ogenblik echter het efficiënt verzamelen en opslaan van die energie.

"Dit is het droombeeld van de energie-sector," aldus Nocera, werkzaam aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT). "Indien dat echter niet lukt, zal de mensheid ophouden met bestaan."

Vele wetenschappers zijn Nocera op dat pad voorgegaan, maar Bergstein stelt dat de MIT-wetenschapper een grote doorbraak realiseerde toen hij licht gebruikte om waterstof-atomen uit vloeistoffen te halen. "De truc is de juiste chemische catalysator te gebruiken," aldus Bergstein.

Nocera en zijn medewerker Alan Heyduk schreven daarover in 2001 al een bijdrage in het magazine Science. "Dat bracht heel wat in beweging," zegt de AP-journalist. "Investeerders boden aan de nodige fondsen te voorzien voor het oprichten voor een bedrijf in alternatieve energie."

Nocera won dit jaar ook de Italgas Prize ter waarde van 100.000 dollar. "Financieel heeft Nocera nu een basis om het probleem op te lossen," benadrukt Harry Gray, chemicus van het California Institute of Technology (Caltech) en gewezen studiebegeleider van Daniël Nocera.

Maar Bergstein stelt dat er nog altijd een aantal problemen moeten opgelost worden. "Dat maakt duidelijk dat het bijzonder moeilijk is om alternatieve energie uit zijn experimentele faze te halen," voert hij aan.

Nocera bracht de reactie op gang met zuuroplossingen, maar nog altijd niet met water. De catalisator omvatte onder meer rodium, een bijzonder duur metaal. "Wanneer men tot een praktische energie-oplossing wil komen, zal men goedkope elementen zoals ijzer, nikkel of kobalt moeten gebruiken," zegt Bergstein.

Bovendien slaagde Nocera er weliswaar in om de waterstof-atomen vrij te maken, maar hij moet ook nog een manier vinden om de zuurstof te vatten. "Op die manier zouden beide elementen in een brandstofcel gebruikt kunnen worden," voert Bergstein aan. "Daardoor wordt het hele proces zo efficiënt mogelijk."

Scheikundigen zeggen dat deze problemen kunnen opgelost worden, maar stellen wel dat er eerst nog vorderingen gemaakt moeten worden in de elementaire scheikunde, zodat er meer inzicht komt over de reacties. "Het kan volgens Nocera dan ook nog twintig jaar duren vooraleer er systemen ontwikkeld kunnen worden die op zijn principes werken," zegt Bergstein.

Maar Nocere klaagt ook dat te weinig wetenschappers zich met deze materie bezig houden en zich teveel toeleggen op biomedisch onderzoek. Het is volgens Bergstein echter de vraag of er ook voldoende politieke wil is om het probleem adequaat aan te pakken. "Sommige politici stellen de wetenschap achter de klimaatverandering in vraag en dat gaat volgens sommige wetenschappers ten koste van de aandacht en de financiering van projecten om het energieprobleem op te lossen."

Er is volgens Bergstein ook geen eensgezindheid over welke soort alternatieve energie er best gebruikt kan worden. "Caltech-chemicus Nathan Lewis heeft uitgerekend dat een energievraag in 2050 zonder gevaarlijke koolstofdioxide-niveau's vergt dat elke twee dagen een nieuwe kerncentrale zal moeten gebouwd worden," zegt Nocera. "Er is geen ruimte genoeg voor windmolenparken en biomassa om aan die vraag te beantwoorden. Volgens Lewis kan alleen de zon voor een antwoord zorgen."

Tegenstanders van Lewis stellen echter dat de volgende decennia zoveel energietechnologieën zullen worden ontwikkeld, dat de huidige voorspellingen niet correct zullen blijken. "Arno Penzias, die de Nobelprijs won voor zijn studie over de Big Bang en nu actief is op het gebied van alternatieve energie, stelt dat er gewerkt wordt aan tientallen ideeën die veelbelovender zijn dat waterstof-oplossingen," zegt Bergstein.

Penzias is van mening dat de oplossing van Nocera wellicht praktisch niet haalbaar zal zijn. "Het is te weinig revolutionair om vernoemd te worden," meent hij. Een visie die Nocera volgens Bergstein alleen maar de schouders doet ophalen.