Waterstof. De woorden waterstof en duurzaamheid worden steeds vaker in één adem genoemd. Maar wat is waterstof eigenlijk en waar kunnen we het voor gebruiken? En hoe belangrijk wordt waterstof voor de toekomst?
Waterstof: wat is dat?
Waterstof is een kleurloos, reukloos, smaakloos en hoog ontvlambaar (niet giftig) gas. In de scheikunde staat waterstof – element H – op plaats 1. Waterstof is namelijk het meest voorkomende element in het universum waar geen mensenhanden aan te pas komen. Zo zijn er hele sterren die bestaan uit waterstof! Bij ons op aarde komt waterstof niet in pure vorm voor. Het molecuul waterstof bindt zich namelijk direct aan zuurstof en zo ontstaat water (H2O).
Waterstof moet gemaakt worden voordat we het kunnen gebruiken
Als waterstof op aarde in pure vorm te vinden was, zouden we nu helemaal geen problemen hebben met de energietransitie. Helaas moet waterstof altijd gewonnen worden uit een andere energie. We kunnen eenvoudig waterstofgas produceren uit aardgas of kolen. Maar dit is niet duurzaam, omdat er koolstofdioxide (CO2) bij vrijkomt. Toch wordt het meeste waterstofgas nog geproduceerd op een 'grijze' manier. Je kunt waterstof echter ook oop een duurzamere manier produceren.
Waterstof duurzaam produceren?
Een duurzamere manier om waterstofgas te produceren is ook uit aardgas of kolen. Alleen wordt de vrijgekomen CO2 opgeslagen onder de grond in tanks. De CO2 komt dan niet vrij in de lucht, maar zit in de grond. Maar dit is nog geen perfecte oplossing omdat er veel opslagruimte nodig is én omdat we er nog steeds aardgas en kolen voor nodig hebben.
Gelukkig is er ook een duurzame oplossing om waterstofgas te maken. Waterstofgas wordt dan doormiddel van elektriciteit uit water gehaald. Dit heet 'elektrolyse'. Hier komt geen CO2-molecuul aan te pas en is dus een schonere manier van produceren. Echter moet de elektriciteit ook opgewekt worden. Wanneer deze elektriciteit volledig uit wind- of zonne-energie wordt gehaald, kunnen we het 'groene' waterstof noemen.
Waterstof als brandstof
Wanneer waterstofgas wordt omgezet naar bruikbare energie, komt er alleen zuiver water vrij. Daarom is waterstof een veelbelovend medium voor de transport en opslag van energie. Zo rijden er al auto's en bussen op waterstof rond. Een auto op waterstof heeft grote voordelen: zo produceert hij 0,0 procent CO2 (dus geen luchtvervuiling) én hij maakt vrijwel geen geluid.
Waterstof om woningen te verwarmen?
Waterstof kan in de toekomst ook worden ingezet om woningen te verwarmen. Bijvoorbeeld via een warmtenet, maar ook direct via een cv-ketel of warmtepomp. Waterstof zou in theorie een alternatief kunnen zijn voor het huidige aardgas in onze cv-ketels.
Hoe werkt een auto op waterstof?
Een waterstofauto is eigenlijk een elektrische auto. Het verschil is dat de energie niet uit een accu komt, zoals bij een 'gewone' elektrische auto, maar uit brandstofcellen. Deze brandstofcellen lijken op het eerste gezicht op een accu, maar werken anders. De brandstofcellen zetten namelijk waterstofgas en zuurstof om in elektriciteit en waterdamp en warmte. Een brandstofcel heeft aan de ene kant een anode waar het waterstofgas wordt aangesloten. Het gas kan via kanalen over het hele oppervlak van de plaat stromen. De waterstofmoleculen splitsen zich in protonen en elektronen.
Aan de andere kant zit de kathode. Hier wordt de zuurstof aangesloten. Ook hier zijn kanalen om het gas te verdelen. Zuurstof reageert met de protonen en elektronen die bij de anode vandaan komen. Zo ontstaat water.
Het membraan van de brandstofcel heeft een heel bijzondere eigenschap, omdat het alleen de protonen doorlaat en niet de elektronen. De elektronen worden weer omgeleid door een stroomdraad buiten de brandstofcel en dit zorgt uiteindelijk voor de elektriciteit die de waterstofauto nodig heeft om te kunnen rijden.
Waterstof opslaan: hoe doe je dat?
Waterstof kan worden opgeslagen in een waterstoftank. Door de druk van het waterstofgas te verhogen naar 200, 350 of 700 bar wordt het volume klein genoeg om het op te slaan. Een nadeel van het verhogen van de druk, is dat er zo'n 6 procent aan energie verloren gaat bij gebruik van een zuigercompressor of ionische compressor. Om waterstofgas in te zetten voor verschillende doeleinden, is het belangrijk dat het opgeslagen kan worden in compacte componenten.
Waterstofgas vervoeren is lastig
Zo wordt ons aardgas bijvoorbeeld in sterk afgekoelde vloeibare vorm vervoerd. Met waterstofgas is dit nog te lastig. Dit komt omdat waterstofgas weinig energie per volume-eenheid heeft in vergelijking met propaan-of butaangas. Wil je een gelijke hoeveelheid energie van waterstofgas? Dan heb je een veel grotere tank nodig. Waterstof gas kan namelijk niet vloeibaar blijven door het enkel onder hoge druk te houden.
Waterstof opslaan in grotten, zoutkoepels en lege gasvelden
Waterstofgas kan ook ondergronds worden opgeslagen in grotten, zoutkoepels en lege olie- en gasvelden. Waterstofgas wordt al jaren zonder problemen opgeslagen in grotten. De dichtheid van waterstof kun je verhogen door cryogene opslag bij een temperatuur van -252,87 °C. De opslagtank moet dan weer enorm stevig en geïsoleerd zijn. Het kost onderzoek en geld om zo'n tank te ontwikkelen.
Bronnen: De Volkskrant, NRC, HYGRO, Nemo Kennislink, Museon
