Wereldwijd zijn deskundigen het er over eens dat waterstof een sleutelrol gaat spelen bij de transitie naar een duurzame samenleving, zonder fossiele brandstoffen. Er zijn bij die transitie twee problemen die om een oplossing vragen: 1) veilige en efficiënte productie van waterstof en 2) veilige opslag van waterstof.

Voor de duurzame productie van waterstof is de elektrolyse van water een voor de hand liggende optie. Bij dit proces komen namelijk zuurstof en waterstof vrij. Dit proces kost echter energie. Een duurzame oplossing is om de zon in te zetten als efficiënte en eindeloze energiebron.

Tot op heden worden zonnecellen gebruikt voor de grootschalige productie van waterstof. Zonnecellen hebben echter als nadeel dat de energie eerst in batterijen moet worden opgeslagen. Dit is een proces met een over het geheel genomen laag rendement, waarbij het ook nog de vraag is in hoeverre de benodigde zonnecellen op grote schaal geëxploiteerd kunnen worden. Een alternatief is om water direct in waterstof om te zetten met behulp van zonlicht, waarbij een katalysator gebruikt wordt om het proces te versnellen. Er zijn echter tot op heden nog geen katalysatoren ontwikkeld die dit proces met voldoende efficiëntie uit kunnen voeren.

Amerikaanse onderzoekers hebben onlangs nanodeeltjes gesynthetiseerd die de energie van het zonlicht twee keer zo efficiënt kunnen inzetten voor de elektrolyse van waterstof uit water, in vergelijking met materialen die tot op heden voor dit doel ontwikkeld zijn. Hiermee komt de grootschalige productie van waterstof een stuk dichterbij. De nano-katalysator bestaat uit een ultradunne laag van titaniumdioxide. Daarin zijn kleine gaatjes geëtst die worden opgevuld met nanovlokken van molybdeensulfide. Het zo gevormde hybride materiaal is in staat om zonlicht op een uiterst efficiënte wijze in te vangen en te gebruiken voor de elektrolyse van water. En, niet onbelangrijk, het materiaal is goedkoop te fabriceren.

RIVM/KIR kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie (kennis- en informatiepunt risico’s van nanotechnologie)-overweging:

Transitie naar andere energiebronnen wordt in onze maatschappij een steeds belangrijker thema. Innovatieve toepassingen kunnen hieraan bijdragen, waarbij productie van waterstof uit water een zeer aanlokkelijke optie is voor duurzame energiewinning. De nieuw ontwikkelde katalysator maakt het mogelijk om zonlicht als oneindige, schone, energiebron voor dit proces te gebruiken.

Uit dit voorbeeld blijkt overduidelijk dat de toepassingsmogelijkheden van nanomaterialen blijven toenemen. Hiermee neemt ook de diversiteit aan nanomaterialen toe. Bovendien worden nieuw ontwikkelde nanomaterialen steeds complexer van samenstelling; in dit voorbeeld de ultradunne laag van titaniumdioxide, gevuld met nanovlokken van molybdeensulfide.

Een veelvoud aan chemische elementen binnen één materiaal zorgt ervoor dat het steeds ingewikkelder wordt om de potentiële risico’s voor mens en milieu die gepaard gaan met de productie en het gebruik van dergelijk complexe materialen vast te stellen. De momenteel beschikbare gegevens voor enkelvoudige nanomaterialen (in dit geval titaniumdioxide en molybdeensulfide) kunnen sowieso niet rechtstreeks vertaald worden naar potentiële risico’s van dergelijke complexe systemen. Daarnaast is het nodig om van geval tot geval de emissies gedurende de gehele levenscyclus van het product te beoordelen, alsmede de effecten van de combinatie van stoffen die daarbij vrijkomen. Kortom, naast de lonkende perspectieven vanuit duurzame energiewinning is aandacht voor de veiligheid van complexe nanomaterialen zeker nodig. Het is dan ook nodig voor innovators om in een vroegtijdig stadium informatie over de emissies en effecten van de combinatie van nanomaterialen in specifieke toepassingen te genereren, in lijn met het Safe-by-Design-concept[1]. Deze informatie dient verder te gaan dan kennis over de individuele bestanddelen van de materialen en dient zich in het bijzonder te richten op de interacties tussen de individuele bestanddelen die potentieel kunnen leiden tot een verhoogd risico. Dit vraagt echter om een andere manier van testen die zich richt op risicobeoordeling van mengsels.