In de duurzame toekomst van prof.dr. Joop Schoonman zorgen onverwoestbare zonnepanelen voor stroom en rijdt de auto op waterstof in een tank met ijs. Als leider van het Delftse duurzame-energieprogramma licht hij de stand van zijn onderzoek toe.
Delen
U hebt in 2001 de Koninklijke Shellprijs voor onderzoek naar duurzame technologie en energie ontvangen uit handen van Frits Bolkestein. Heeft u er al een bestemming aan gegeven?
“Ik heb mijn kinderen er een bijdrage van gegeven. En ik ben met mijn vrouw op zoek naar een nieuw huis. Op het dak daarvan wil ik zonnepanelen plaatsen. Dat lijkt me een heel nuttige bestemming.”
Sinds vorig jaar is de Zwitserse zonnecelgoeroe Michael Graetzel TU-gasthoogleraar in uw groep. Hoe verloopt de samenwerking?
“Tot nu toe zien we elkaar nog weinig, want hij heeft het ontzettend druk. We hebben elkaar recent ontmoet in Nice, bij een workshop ‘Status van duurzame energie in China en Europa’. Dat ging onder andere over nieuwe typen zonnecellen. Zoals die van Graetzel, op basis van nanogestructureerd titaniumdioxide, voorzien van een zichtbaar-lichtabsorberende kleurstof. Daar wordt in China veel onderzoek naar verricht. Zelf heb ik een lezing gegeven over waterstofopslag in nanogestructureerde materialen, waarnaar we in Delft onderzoek doen.”
Wat was het doel van die conferentie?
“We wilden kijken wat Europa en China voor actie ondernemen op energiegebied. De groei van de Chinese economie is bijna negen procent en daardoor stijgt het energieverbruik enorm. Dat moeten ze zien op te vangen, en dan het liefst duurzaam.
Ik zag in de Wall Street Journal Europe een plaatje van de stijging van het energieverbruik vanaf nu tot 2025, dat ik de Chinezen heb voorgehouden. Procentueel stijgt het energieverbruik in Azië veel meer dan bij de Amerikanen en in Europa, doordat de Chinezen laag zijn begonnen.”
Is er sprake van een doemscenario?
“Om de toenemende CO2- emissies een halt toe te roepen, zou je naar een groter aandeel duurzame energie moeten. Wat ik hoopte te horen, is dat de Chinezen een vergelijkbaar scenario zouden hanteren als Shell doet. Shell stelt dat in 2050 de helft van alle energie op duurzame manier moet worden geproduceerd. Tot nu toe is er weinig reden voor optimisme in China, want de meeste nieuwe centrales die worden bijgebouwd zijn kolengestookt.”
Graetzel en u werken allebei aan zonnecellen zonder het nu standaard gebruikte silicium. Wat is het verschil tussen uw onderzoek en dat van de Zwitser?
“Graetzel gebruikt voor zijn zonnecel een vloeibare elektrolyt. Wij zijn voor onze Delft-zonnecel meer in vaste stoffen geïnteresseerd als actieve componenten. Dit omdat we denken dat zonnecellen alleen echt duurzaam zijn als ze ook een zekere vorm van onverwoestbaarheid hebben. Vaste stoffen liggen dan meer voor de hand.
Ook gebruikt hij kleurstoffen die het zonlicht absorberen. Wij laten de kleurstoffen weg. In plaats van de kleurstoffen en de vloeibare elektrolyt, brengen we atoomdunne laagjes koperindiumdisulfide aan op een elektrode. Die laagjes absorberen het zichtbare deel van het zonlicht.”
Hoeveel rendement haalt u al uit de Delft-zonnecel?
“Op het moment hebben we al een rendement boven vijf procent. Dit rendement hebben we binnen een jaar verdubbeld en dat is niet slecht. Uiteindelijk moeten we naar zeven â acht procent, wat dat betreft hoeven we geen record te breken ten opzichte van de al bestaande zonnecellen. Immers, onze zonnecellen zijn aanmerkelijk goedkoper, dus kun je meer panelen plaatsen.”
Hoe lang is het nog wachten op de grootschalige ontwikkeling van de Delft-zonnecel?
“We kijken eerst met welke combinatie van materialen het rendement is op te schroeven tot acht procent. Dat kan nog een paar jaar duren. Er loopt op dit moment al een patentvraag voor het concept van de Delft-zonnecel. Als die binnen is, willen we naar vooraanstaande wetenschappelijke tijdschriften stappen, om erover te publiceren.
Het ontwikkelen van complete zonnepanelen is niet onze taak, daar moeten op een gegeven moment bedrijven voor zijn die dit op zich willen nemen. Vanaf het begin van het onderzoek hebben we niet te klagen over gebrek aan interesse, bijvoorbeeld van bedrijven als Shell Global Solutions.
Misschien verdwijnen die Delftsblauwe zonnedaken als onze zonnepanelen worden toegepast. Onze panelen zijn bruin, omdat we geen silicium gebruiken, maar titaniumdioxide met een laagje koperindiumdisulfide.”
U bent sinds een jaar voorzitter van het Delft Reasearch Centre for Sustainable Energy. Hoe vordert het onderzoek?
“We hebben onlangs de eerste wetenschappelijke workshop van het zogenoemde speerpunt gehouden in een congreshotel in Delft, met collega’s van andere Europese universiteiten. De presentaties vanuit het speerpuntonderzoek lieten duidelijk zien, dat de meeste van de 28 projecten prima van start zijn gegaan. De eerste publicaties zijn al verschenen.”
Delft doet ook mee in het nationale waterstofonderzoeksprogramma. Waar liggen de grootste knelpunten?
“Vooral in de opslag. De opslag in lichte materialen is belangrijk voor vervoersmiddelen, omdat de tank niet te zwaar mag worden. Het is ons nu gelukt om met behulp van een chemische truc waterstof op te slaan in de vorm van een gashydraat (ijsblokje), beneden een druk van honderd bar. Dit in plaats van de 2300 bar die van recent Amerikaans onderzoek bekend was. Maar je kunt er nog niet je auto mee vullen.
De eerste vraag is of je nu de benodigde 6,5 gewichtsprocent waterstof in 120 liter water in de vorm van ijsblokjes kunt opslaan, zodat je met een volle tank vijfhonderd kilometer kunt rijden. De thermodynamici, die hier beneden in het gebouw zitten, hebben al aangetoond dat dit met methaangas opgesloten in gashydraten kan. Nu moet dat ook nog met waterstof lukken.”
Kan mijn huis al op waterstof draaien?
“Bij opslag in je achtertuin speelt het gewicht van opslag geen rol. Er zijn al genoeg zwaardere legeringen met voldoende opslagmogelijkheden voor waterstof, die volkomen veilig zijn. Ik heb een bouwkundeafstudeerder gehad die een huis heeft ontworpen dat gelijkstroom krijgt van een zonnepaneel. Daar kan nu op de bovenverdieping een brandstofcel met waterstof aan toegevoegd worden.
Veel apparaten lopen al op gelijkstroom, dus dat zal het probleem niet zijn. Het enige dat nog zou moeten wennen is dat je de keuken niet op de begane grond krijgt, maar op de bovenverdieping. Tenminste, dat kwam uit haar ontwerp. Apparaten die veel energie vragen, zoals een kookplaat, zijn zuiniger als je de afstand tot de gelijkstroombron korter maakt.”
Kan waterstof fossiele brandstoffen volledig vervangen in, zeg, 2050?
“Ik denk niet dat we fossiel naar nul gaan. Gezien de stijging van het energieverbruik in de wereld, zul je in 2050 misschien zelfs méér fossiele brandstoffen verbruiken dan nu. Ook al is de helft van de verbruikte energie dan duurzaam opgewekt.”
Groot kritiekpunt op dit moment is dat de productie van waterstof niet bepaald duurzaam gebeurt. Hoe kan dit veranderen, denkt u?
“Op dit moment wordt industrieel 100 duizend kuub waterstof per uur geproduceerd, door aardgas met stoom te laten reageren. Hierbij komt CO2 vrij en dat wil je juist tegengaan. Je zou beter met zonne- of windenergie die waterstof kunnen produceren, hoewel het de vraag is of we daarmee wel substantieel aan de energievraag in 2050 kunnen voldoen.
Als overbrugging zou je voor enkele decennia aan kernenergie kunnen denken, dat mag je tegenwoordig ook weer zeggen. De mensen die zich met kernenergie bezighouden, zoals voormalig IRI-directeur Ad Verkooijen, houden mij altijd voor dat kernenergie de enige manier is om grootschalig waterstof te maken zonder CO2-emissie. Hij doelt daar onder andere ook op hoge-temperatuur chemische processen.”
Hoe denkt u daar zelf over?
“Misschien heeft hij wel gelijk en de kerntechnologie is Tsjernobyl al lang voorbij. Maar ik ga er nog steeds van uit dat vooral het afval van kernenergie duurzaam is, waar nog geen oplossing voor gevonden is.”
U nadert de 65 al. Wat gaat u doen?
“Van de TU mag je officieel maar tot je 65ste werken. Daarna kun je hier een klein kamertje overhouden, maar een fulltime dienstverband zit er niet meer in. In Amerika kijken ze me verbaasd aan als ik zeg dat ik binnen drie jaar moet stoppen.
Het vervolg van mijn carriÈre zal dan ook deels in Amerika plaatsvinden, want ik ben nog lang niet klaar. Ik ga bij Stanford University enkele maanden per jaar werken als consultancyprofessor in de nanogestructureerde materialen.
Misschien kan ik bij het college van bestuur de benoeming van Bolkestein als gasthoogleraar als argument gebruiken om ze op andere gedachten te brengen, zodat ik wat langer mag blijven. Bolkestein is immers de 65 al ruim gepasseerd!”
WIE IS JOOP SCHOONMAN?
Chemicus prof.dr. Joop Schoonman (61) noemt zich een wetenschappelijk handelsreiziger, die zijn vakgebied wereldwijd aan de man brengt. Of het nu in Roemenië is waar Schoonman in 2000 een eredoctoraat ontving van de Universiteit van Transsylvanie, of aan Stanford in de VS waar hij een aanbod kreeg om als consultancyprof te werken.
Al 423 publicaties staan inmiddels op zijn naam, en zijn lijst met bestuursfuncties en lidmaatschappen voor internationale wetenschapsorganisaties lijkt oneindig. Ook gaat geen maand voorbij of Schoonman is wel spreker op een internationaal congres over duurzame energie of chemie op nanoniveau.
Toch heeft ook tijd voor mediaoptredens. Zoals in ‘Tros Radar’, waar hij helpt kwakzalvers te ontmaskeren. Schoonman is sinds 1984 als professor in de anorganische chemie verbonden aan de TU.
(Foto: Sam Rentmeester/FMAX)
U hebt in 2001 de Koninklijke Shellprijs voor onderzoek naar duurzame technologie en energie ontvangen uit handen van Frits Bolkestein. Heeft u er al een bestemming aan gegeven?
“Ik heb mijn kinderen er een bijdrage van gegeven. En ik ben met mijn vrouw op zoek naar een nieuw huis. Op het dak daarvan wil ik zonnepanelen plaatsen. Dat lijkt me een heel nuttige bestemming.”
Sinds vorig jaar is de Zwitserse zonnecelgoeroe Michael Graetzel TU-gasthoogleraar in uw groep. Hoe verloopt de samenwerking?
“Tot nu toe zien we elkaar nog weinig, want hij heeft het ontzettend druk. We hebben elkaar recent ontmoet in Nice, bij een workshop ‘Status van duurzame energie in China en Europa’. Dat ging onder andere over nieuwe typen zonnecellen. Zoals die van Graetzel, op basis van nanogestructureerd titaniumdioxide, voorzien van een zichtbaar-lichtabsorberende kleurstof. Daar wordt in China veel onderzoek naar verricht. Zelf heb ik een lezing gegeven over waterstofopslag in nanogestructureerde materialen, waarnaar we in Delft onderzoek doen.”
Wat was het doel van die conferentie?
“We wilden kijken wat Europa en China voor actie ondernemen op energiegebied. De groei van de Chinese economie is bijna negen procent en daardoor stijgt het energieverbruik enorm. Dat moeten ze zien op te vangen, en dan het liefst duurzaam.
Ik zag in de Wall Street Journal Europe een plaatje van de stijging van het energieverbruik vanaf nu tot 2025, dat ik de Chinezen heb voorgehouden. Procentueel stijgt het energieverbruik in Azië veel meer dan bij de Amerikanen en in Europa, doordat de Chinezen laag zijn begonnen.”
Is er sprake van een doemscenario?
“Om de toenemende CO2- emissies een halt toe te roepen, zou je naar een groter aandeel duurzame energie moeten. Wat ik hoopte te horen, is dat de Chinezen een vergelijkbaar scenario zouden hanteren als Shell doet. Shell stelt dat in 2050 de helft van alle energie op duurzame manier moet worden geproduceerd. Tot nu toe is er weinig reden voor optimisme in China, want de meeste nieuwe centrales die worden bijgebouwd zijn kolengestookt.”
Graetzel en u werken allebei aan zonnecellen zonder het nu standaard gebruikte silicium. Wat is het verschil tussen uw onderzoek en dat van de Zwitser?
“Graetzel gebruikt voor zijn zonnecel een vloeibare elektrolyt. Wij zijn voor onze Delft-zonnecel meer in vaste stoffen geïnteresseerd als actieve componenten. Dit omdat we denken dat zonnecellen alleen echt duurzaam zijn als ze ook een zekere vorm van onverwoestbaarheid hebben. Vaste stoffen liggen dan meer voor de hand.
Ook gebruikt hij kleurstoffen die het zonlicht absorberen. Wij laten de kleurstoffen weg. In plaats van de kleurstoffen en de vloeibare elektrolyt, brengen we atoomdunne laagjes koperindiumdisulfide aan op een elektrode. Die laagjes absorberen het zichtbare deel van het zonlicht.”
Hoeveel rendement haalt u al uit de Delft-zonnecel?
“Op het moment hebben we al een rendement boven vijf procent. Dit rendement hebben we binnen een jaar verdubbeld en dat is niet slecht. Uiteindelijk moeten we naar zeven â acht procent, wat dat betreft hoeven we geen record te breken ten opzichte van de al bestaande zonnecellen. Immers, onze zonnecellen zijn aanmerkelijk goedkoper, dus kun je meer panelen plaatsen.”
Hoe lang is het nog wachten op de grootschalige ontwikkeling van de Delft-zonnecel?
“We kijken eerst met welke combinatie van materialen het rendement is op te schroeven tot acht procent. Dat kan nog een paar jaar duren. Er loopt op dit moment al een patentvraag voor het concept van de Delft-zonnecel. Als die binnen is, willen we naar vooraanstaande wetenschappelijke tijdschriften stappen, om erover te publiceren.
Het ontwikkelen van complete zonnepanelen is niet onze taak, daar moeten op een gegeven moment bedrijven voor zijn die dit op zich willen nemen. Vanaf het begin van het onderzoek hebben we niet te klagen over gebrek aan interesse, bijvoorbeeld van bedrijven als Shell Global Solutions.
Misschien verdwijnen die Delftsblauwe zonnedaken als onze zonnepanelen worden toegepast. Onze panelen zijn bruin, omdat we geen silicium gebruiken, maar titaniumdioxide met een laagje koperindiumdisulfide.”
U bent sinds een jaar voorzitter van het Delft Reasearch Centre for Sustainable Energy. Hoe vordert het onderzoek?
“We hebben onlangs de eerste wetenschappelijke workshop van het zogenoemde speerpunt gehouden in een congreshotel in Delft, met collega’s van andere Europese universiteiten. De presentaties vanuit het speerpuntonderzoek lieten duidelijk zien, dat de meeste van de 28 projecten prima van start zijn gegaan. De eerste publicaties zijn al verschenen.”
Delft doet ook mee in het nationale waterstofonderzoeksprogramma. Waar liggen de grootste knelpunten?
“Vooral in de opslag. De opslag in lichte materialen is belangrijk voor vervoersmiddelen, omdat de tank niet te zwaar mag worden. Het is ons nu gelukt om met behulp van een chemische truc waterstof op te slaan in de vorm van een gashydraat (ijsblokje), beneden een druk van honderd bar. Dit in plaats van de 2300 bar die van recent Amerikaans onderzoek bekend was. Maar je kunt er nog niet je auto mee vullen.
De eerste vraag is of je nu de benodigde 6,5 gewichtsprocent waterstof in 120 liter water in de vorm van ijsblokjes kunt opslaan, zodat je met een volle tank vijfhonderd kilometer kunt rijden. De thermodynamici, die hier beneden in het gebouw zitten, hebben al aangetoond dat dit met methaangas opgesloten in gashydraten kan. Nu moet dat ook nog met waterstof lukken.”
Kan mijn huis al op waterstof draaien?
“Bij opslag in je achtertuin speelt het gewicht van opslag geen rol. Er zijn al genoeg zwaardere legeringen met voldoende opslagmogelijkheden voor waterstof, die volkomen veilig zijn. Ik heb een bouwkundeafstudeerder gehad die een huis heeft ontworpen dat gelijkstroom krijgt van een zonnepaneel. Daar kan nu op de bovenverdieping een brandstofcel met waterstof aan toegevoegd worden.
Veel apparaten lopen al op gelijkstroom, dus dat zal het probleem niet zijn. Het enige dat nog zou moeten wennen is dat je de keuken niet op de begane grond krijgt, maar op de bovenverdieping. Tenminste, dat kwam uit haar ontwerp. Apparaten die veel energie vragen, zoals een kookplaat, zijn zuiniger als je de afstand tot de gelijkstroombron korter maakt.”
Kan waterstof fossiele brandstoffen volledig vervangen in, zeg, 2050?
“Ik denk niet dat we fossiel naar nul gaan. Gezien de stijging van het energieverbruik in de wereld, zul je in 2050 misschien zelfs méér fossiele brandstoffen verbruiken dan nu. Ook al is de helft van de verbruikte energie dan duurzaam opgewekt.”
Groot kritiekpunt op dit moment is dat de productie van waterstof niet bepaald duurzaam gebeurt. Hoe kan dit veranderen, denkt u?
“Op dit moment wordt industrieel 100 duizend kuub waterstof per uur geproduceerd, door aardgas met stoom te laten reageren. Hierbij komt CO2 vrij en dat wil je juist tegengaan. Je zou beter met zonne- of windenergie die waterstof kunnen produceren, hoewel het de vraag is of we daarmee wel substantieel aan de energievraag in 2050 kunnen voldoen.
Als overbrugging zou je voor enkele decennia aan kernenergie kunnen denken, dat mag je tegenwoordig ook weer zeggen. De mensen die zich met kernenergie bezighouden, zoals voormalig IRI-directeur Ad Verkooijen, houden mij altijd voor dat kernenergie de enige manier is om grootschalig waterstof te maken zonder CO2-emissie. Hij doelt daar onder andere ook op hoge-temperatuur chemische processen.”
Hoe denkt u daar zelf over?
“Misschien heeft hij wel gelijk en de kerntechnologie is Tsjernobyl al lang voorbij. Maar ik ga er nog steeds van uit dat vooral het afval van kernenergie duurzaam is, waar nog geen oplossing voor gevonden is.”
U nadert de 65 al. Wat gaat u doen?
“Van de TU mag je officieel maar tot je 65ste werken. Daarna kun je hier een klein kamertje overhouden, maar een fulltime dienstverband zit er niet meer in. In Amerika kijken ze me verbaasd aan als ik zeg dat ik binnen drie jaar moet stoppen.
Het vervolg van mijn carriÈre zal dan ook deels in Amerika plaatsvinden, want ik ben nog lang niet klaar. Ik ga bij Stanford University enkele maanden per jaar werken als consultancyprofessor in de nanogestructureerde materialen.
Misschien kan ik bij het college van bestuur de benoeming van Bolkestein als gasthoogleraar als argument gebruiken om ze op andere gedachten te brengen, zodat ik wat langer mag blijven. Bolkestein is immers de 65 al ruim gepasseerd!”
WIE IS JOOP SCHOONMAN?
Chemicus prof.dr. Joop Schoonman (61) noemt zich een wetenschappelijk handelsreiziger, die zijn vakgebied wereldwijd aan de man brengt. Of het nu in Roemenië is waar Schoonman in 2000 een eredoctoraat ontving van de Universiteit van Transsylvanie, of aan Stanford in de VS waar hij een aanbod kreeg om als consultancyprof te werken.
Al 423 publicaties staan inmiddels op zijn naam, en zijn lijst met bestuursfuncties en lidmaatschappen voor internationale wetenschapsorganisaties lijkt oneindig. Ook gaat geen maand voorbij of Schoonman is wel spreker op een internationaal congres over duurzame energie of chemie op nanoniveau.
Toch heeft ook tijd voor mediaoptredens. Zoals in ‘Tros Radar’, waar hij helpt kwakzalvers te ontmaskeren. Schoonman is sinds 1984 als professor in de anorganische chemie verbonden aan de TU.
(Foto: Sam Rentmeester/FMAX)
Comments are closed.