Brandstof maken met licht en lucht

Na tien jaar van wroeten, bijsturen en herbeginnen stelde professor-uitvinder Johan Martens onlangs zijn nieuwste verwezenlijking voor aan het grote publiek: het ziet eruit als een zonnepaneel maar het is een systeem dat brandstof produceert uit licht en lucht. De interesse van organisaties, bedrijven en overheden uit binnen- en buitenland is overweldigend. Zijn uitvinding zou wel eens voor een revolutie in het energielandschap kunnen zorgen.

Johan Martens is gewoon hoogleraar aan de faculteit bio-ingenieurswetenschappen van de KU Leuven, maar noemt zichzelf eerder een uitvinder dan een professor. ‘Ik probeer in te gaan tegen de strekking van superspecialisatie, ik ben een allrounder die oplossingen zoekt voor problemen op het snijpunt van chemie, fysica en ingenieurswetenschappen. Ik heb intussen al een 150-tal uitvindingen gedaan. De meeste zijn in licentie gegeven aan bedrijven maar ik heb ook al verschillende spin-offs opgericht, onder andere één in de farmaceutische sector en een engineeringbedrijf. Ik ben ook een van de oprichters van Aqua4C, het aquacultuurbedrijf dat de omegabaars kweekt.'

Hoe loopt de ondersteuning van de universiteit bij het oprichten van spin-offs?

‘We hebben een zeer goed technology transfer office, Leuven Research and Development. De KU Leuven is een van de meest vernieuwende universiteiten ter wereld. Na enkele universiteiten in de VS zijn we het nummer 1 in valorisatie van wetenschappelijk onderzoek. We zijn daarin beter dan de Duitsers, de Engelsen, de Chinezen, de Koreanen….’

En nu haalt u met uw medewerkers het wereldnieuws met een uitvinding in de energiesector. Hoe bent u daartoe gekomen?

‘Heel veel onderzoekers zijn op zoek naar een alternatief voor fossiele brandstoffen. Tien jaar geleden maakten de biobrandstoffen opgang, bijvoorbeeld uit koolzaadolie. Het probleem daarmee was de concurrentie met de landbouw en de voedselvoorziening. Bovendien zijn planten niet geoptimaliseerd om energie te maken, maar wel om te leven, te groeien, zich voort te planten. Ik stelde me toen de vraag of we het hele stuk van plantengroei en bioraffinage niet uit het proces konden knippen om rechtstreeks een duurzame brandstof te maken uit lucht en licht. In lucht zit naast zuurstof, stikstof en argon ook waterdamp. Er zit ongeveer 1 procent water in lucht, dat varieert wat naargelang de luchtvochtigheid. En waterstofgas is brandbaar, je kunt het vergelijken met aardgas. Dus hebben we gezocht naar een manier om uit waterdamp waterstofgas te halen door middel van zonne-energie. We zijn vertrokken van een utopisch ideaalbeeld: iets maken waarmee iedereen zijn eigen duurzame energie kan maken en opslaan zonder dat er aanvoer van brandstoffen of een elektriciteitsnet nodig is. We hebben er tien jaar aan gewerkt en het is er. Eigenlijk komt het erop neer dat we water uit de lucht halen om er zonne-energie in te stockeren. Na de verbranding van het waterstofgas en het vrijmaken van de energie geven we het water terug aan de lucht.’

Professor-uitvinder Johan Martens: 'Waterstof biedt veel perspectieven als brandstof.'
Professor-uitvinder Johan Martens: 'Waterstof biedt veel perspectieven als brandstof.'

Kunt u even uitleggen hoe dat werkt?

‘Water is H2O, je hebt dus twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Het is al heel lang gekend dat je met elektriciteit water kunt splitsen en dat gebeurt ook al frequent. Windmolen- of zonnepaneelparken bijvoorbeeld worden gekoppeld aan een elektrolysetoestel dat vloeibaar water splitst in waterstof en zuurstofgas. Waarom doet men dat? Om het probleem van het opslaan van overtollig geproduceerde elektriciteit op te vangen. Op een zonnige dag produceren zonnepanelen zeer veel elektriciteit, net als windmolens bij optimale wind. Het elektriciteitsnet kan daar niet mee om. Op dat moment worden die grote elektrolysemachines in gang gezet om waterstofgas te maken zodat daarin die piekoverschotten aan energie opgeslagen kunnen worden.’

Wat is het nieuwe aan uw uitvinding?

Wij gebruiken waterdamp, we nemen water uit de lucht. De andere systemen hebben een bron van vloeibaar water nodig en zoals u weet, wordt water een schaars goed. Ons systeem gaat dus op geen enkele manier in competitie met andere watergebruikers. Het kan overal geplaatst worden en het functioneert volledig autonoom. Er is geen waterbron of -reservoir nodig, het werkt zonder pompen en leidingen. We hebben het absorberen en splitsen van het water – dat is een chemisch proces – en het opvangen van zonlicht en daaruit elektriciteit maken – dat is een fysisch proces – in één dun paneel compact aan elkaar gekoppeld. Het ziet eruit als een zonnepaneel maar het produceert geen elektriciteit, het maakt waterstofgas.’

Wat zijn de belangrijkste toepassingsmogelijkheden van waterstofgas?

‘Je kunt het rechtstreeks gebruiken om warmte te produceren. Waterstofgas is als aardgas, je kunt het gebruiken voor een boiler of een brander. Je kunt dus een woning uitrusten met onze panelen, ter plaatse waterstofgas produceren -vooral tijdens de zomer -en het onder druk stockeren in een waterstoftank om in de winter de woning te verwarmen. Een andere mogelijkheid is leveren aan het bestaande gasnet, omdat je waterstofgas kunt mengen met aardgas. De wetgeving zegt dat je twee procent waterstofgas mag inmengen. Dat vraagt geen enkele aanpassing aan branders en boilers. Als we twee procent van het aardgas zouden kunnen vervangen, zou dat al een niet te verwaarlozen bijdrage zijn aan de vermindering van de globale CO2-uit¬stoot. Op termijn is zelfs een volledig waterstofnet niet ondenkbaar. Met waterstofgas kun je dus verwarmen, maar je kunt het via een brandstofcel ook weer omzetten in elektriciteit. Maar als je direct elektriciteit nodig hebt, is een zonnepaneel natuurlijk voordeliger. Dan heb je de tussenstap van de opslag van energie in de vorm van waterstofgas niet nodig. Fotovoltaïsche panelen en waterstofpanelen zijn dus complementair.’

Wat gebeurt er bij de verbranding?

‘Je verbrandt waterstof zoals je aardgas verbrandt. Verbranden betekent dat je het gas laat reageren met zuurstof tot H2O. Daarbij komt de energie vrij en het restproduct dat uit de installatie komt is totaal onschuldige waterdamp. Het water dat we eerst uit de lucht hebben gehaald, komt dus weer vrij in de lucht.’

Is water uit de lucht halen volledig onschadelijk?

‘Ja, lucht is een onuitputtelijke bron van water. We kunnen de wereldwijde, hydrologische cyclus van verdamping, wolkenvorming en neerslag nooit verstoren, zelfs niet als we al onze energie met waterdamp uit de lucht zouden maken. En zoals gezegd, halen we het water maar even uit de natuur. Nadien brengen we het gewoon terug in de cyclus.’

Hoe groot is het rendement van de installatie?

‘We halen een opbrengst van vijftien procent, dat wil zeggen dat vijftien procent van de zonne-energie die op het paneel invalt, wordt omgezet in chemische energie die in waterstofgas opgeslagen wordt. Daar zit nog wat rek op maar het is al een zeer mooi resultaat. Ook standaard zonnepanelen halen maar een rendement van hoogstens twintig procent.’

Is de technologie klaar voor de markt?

‘De komende twee jaar zullen we enkele demoprojecten opzetten in de woningbouw, in de landbouw, in de mobiliteit, in de scheepvaart. Het eerste is in een woning hier vlakbij. De bewoners willen energie-onafhankelijk zijn, maar in de wintermaanden lukt dat niet omdat er dan maar weinig zonneschijn is. We zullen twintig panelen van 1,6 meter op 1 meter plaatsen om er deze zomer waterstofgas te maken. Die brandstof gebruiken ze dan voor de verwarming en elektriciteitsproductie in de winter. De woning heeft daarnaast zonnepanelen voor de elektriciteit en een zonneboiler voor warm water. De drie technieken samen moeten op papier volstaan om het jaar rond voldoende energie te produceren. Als het goed werkt, willen we naar de volledige straat kijken. Daar staan 39 huizen. De bewoners zijn zeer energiebewust. Ze zijn bereid om samen te investeren en de eerste straat ter wereld te worden die volledig zelf in haar energiebehoeften voorziet. Onze technologie is eigenlijk meer geschikt voor een woongemeenschap, een straat, een buurt, een wijk die zich bijvoorbeeld verenigt in een coöperatie, dan voor een individuele woning. De coöperatie als rechtsvorm is in opgang in de wereld van de energie.’

Ons systeem gaat op geen enkele manier in competitie met andere watergebruikers.

Professor-uitvinder Johan Martens

Is deze technologie ook bruikbaar voor ondernemingen?

‘Absoluut. De panelen nemen wel een zekere oppervlakte in, maar je kunt ze overal plaatsen: in velden, op daken. We denken ook aan vlottende exemplaren op waterplassen. We zien heel wat mogelijkheden in de land-en tuinbouwsector. Fruitbomen, wijnranken en andere hoogwaardige gewassen hebben niet altijd de volle zon nodig, een waterstofpaneel zou dienst kunnen doen als scherm tegen te veel zonlicht, overvloedige regen, hagelschade. Het waterstofgas kan dienen om de tractoren te laten rijden. Een land-of tuinbouwbedrijf zou op die manier volledig op waterstof kunnen draaien. Ook als brandstof voor voertuigen opent waterstofgas veel perspectieven. Er is ook heel veel interesse uit landen waar de voorziening van elektriciteit zeer onregelmatig is of waar er helemaal geen elektriciteitsnet is. We kunnen de panelen zelfs aanpassen aan het klimaat. In een heel droog klimaat kunnen we voor een groter waterabsorptievermogen zorgen.’

Plant u de oprichting van een nieuwe spin-off?

‘In de fase van de demoprojecten blijven we onder de vleugels van de universiteit. We zijn aan het uitkijken naar een site waar we een productielijn voor onze panelen kunnen opzetten. We zullen het productieproces stap voor stap optimaliseren om over twee jaar ongeveer 5000 panelen per jaar te kunnen produceren. Dat kan nog manueel en het moet volstaan voor de demoprojecten. Zijn die een succes, dan zullen we massaal moeten produceren en automatiseren. Dan zal de oprichting van een spin-off noodzakelijk zijn. Het idee is dat we niet voor een klassieke spin-off kiezen, maar voor een coöperatie waaraan ook de burger kan participeren. De steun van het ruime publiek kan voor een versnelling van de introductie van de technologie zorgen.’

U hebt hier tien jaar aan gewerkt. Hebt u nooit gedacht aan opgeven?

‘De enige manier om tot grote vernieuwing te komen, is wroeten, bijsturen, mislukken, opnieuw beginnen. Ik heb twee zeer goede medewerkers, Tom Bosserez en Jan Rongé, die eerst hun doctoraat hebben gemaakt op dit onderwerp en daarna hebben doorgezet. We hebben ons concept verschillende keren volledig moeten herbekijken. We hebben out-of-the-box moeten denken, we zijn tussen de verschillende disciplines gaan zoeken en niet in één discipline gebleven.

Is de financiering nooit een probleem geweest?

‘We hebben dit project kunnen financieren met de middelen van het Methusalem-programma. Toenmalig minister Fientje Moerman heeft daarmee gezorgd voor een structurele financiering gedurende tien jaar van een twintigtal toponderzoekers in Vlaanderen. Hadden we het moeten doen met projecten van telkens drie, vier jaar, dan hadden we het waarschijnlijk niet gehaald.’

Bent u intussen al met andere projecten bezig?

‘Ik heb net een ERC advanced grant behaald. ERC staat voor European Research Council en de advanced grant is de meest prestigieuze onderscheiding voor een individuele onderzoeker in Europa. Er hangt een som van 2,5 miljoen euro aan vast voor onderzoek de komende vijf jaar. Ik wil me op twee projecten met betrekking tot water toeleggen. De eerste uitdaging is drinkbaar water uit lucht halen. De tweede is het verande¬ren van de eigenschappen van water. Ik denk dat het mogelijk moet zijn om aan water de eigenschappen te geven van organische solventen, zoals aceton. Die organische solventen worden voornamelijk van fossiele koolstof gemaakt. Ze zijn een grote bron van CO2 en luchtvervuiling. Als we de organische solventen uit de wereld kunnen helpen, zou ook dat een grote stap zijn. Ik weet wat te doen de komende jaren, maar ik heb als wetenschapper een geweldig leven.’

Is deze pagina nuttig voor u? Ja Neen

Disclaimer
Dit nieuwsbericht mag niet worden beschouwd als een beleggingsaanbeveling of advies.

KBC gebruikt cookies om je surfervaring aangenamer te maken. Zo kan KBC ook beter inspelen op je behoeften en voorkeuren. Door verder te surfen ga je akkoord met het gebruik van deze cookies. Meer info? Of wil je geen cookies?Klik hier.