Kan waterstof de motor worden van een duurzame economie?
Het piepkleine element waterstof wordt volgens sommigen gezien als de sleutel naar een duurzame, CO2-vrije economie. Anderen zijn er zeer sceptisch over. Maar wat is waterstof eigenlijk? En waarom is het zo interessant? Of waarom niet? Een paar antwoorden.
Waterstof (in de scheikunde aangeduid met het symbool H) is het kleinste en lichtste van alle chemische elementen. Het is bijna vier keer lichter dan het op een na lichtste element, helium, en 200 keer lichter dan lood. Maar het komt in gigantische hoeveelheden voor in het universum. 90% van alle atomen zijn waterstof, die tekenen voor ruim 70% van de totale atoommassa van het volledige heelal. Onze zon, bijvoorbeeld, is een gigantische waterstofbol. En tegelijkertijd eigenlijk ook een waterstofbom. Onder invloed van immens hete temperaturen en enorme druk worden er waterstofatomen samen geplet tot ze helium vormen. Een super kernfusiereactor dus, die massa’s energie uitstraalt.
Hoe ziet het eruit?
Waterstof zit echt overal, ook op onze planeet, in onuitputtelijke hoeveelheden. Alleen: bij ons komt het in de natuur bijna nooit in zuivere vorm voor. Waterstofatomen klitten zich aan allerlei andere atomen: aan zuurstof bijvoorbeeld. Twee waterstofatoompjes en een zuurstofatoom erbij en je hebt water: onze blauwe planeet zit er vol van. Maar ook in ons lichaam, in planten, dieren, aardgas, steenkool, olie… Letterlijk overal zitten waterstofatoompjes vastgekleefd.
Waterstof is overal aanwezig: 90% van alle atomen in het heelal zijn waterstofatomen, je vindt het in onuitputtelijke hoeveelheden op onze planeet
Toch kunnen we ze loswrikken en isoleren. Je krijgt dan een onzichtbaar en reukloos extreem licht gas, H2, dat razendsnel verdwijnt maar ook heel snel ontvlamt. Je kan het ook afkoelen zodat het vloeibaar wordt. Dan moet je wel naar extreem lage temperaturen gaan: tot -253 °C. En als je het in vaste vorm wil nog lager: tot -259 °C. In de chemie wordt voortdurend waterstof aangemaakt. Meestal in gasvorm. Ze wordt bijvoorbeeld gebruikt om aardolieproducten te ontzwavelen, zodat ze minder vervuilend worden. Maar ook vloeibare waterstof wordt gebruikt, onder meer als brandstof voor raketmotoren.
Wat maakt het zo interessant?
Waterstof heeft een bijzondere eigenschap: het draagt energie. Net als een batterij. Je kan er bijvoorbeeld elektriciteit in opslaan en er ook opnieuw afhalen. In tegenstelling tot een gewone batterij ontlaadt waterstof niet. Vooral in deze tijden van windturbines en zonnepanelen kan het een interessante opslagtechniek worden. De windmolenparken en zonnepanelen leveren namelijk soms elektriciteit wanneer we die niet nodig hebben: op een zonnige, windrijke vakantiedag bijvoorbeeld, wanneer de fabrieken niet draaien en we geen licht nodig hebben.
Waterstof is een natuurlijke superbatterij: het draagt energie, en het ontlaadt niet
Die overschotten aan elektriciteit kan je moeilijk opslaan. Daarvoor worden nu meestal batterijen en pompstations gebruikt. Maar in batterijen is de energiedichtheid nog klein: ze zijn loodzwaar, vergeleken met de hoeveelheid elektriciteit die je erin kan opslaan. En een pompstation met een stuwmeer, dat bouw je niet zomaar: je hebt er hoogteverschillen voor nodig en de aanleg van een stuwmeer heeft een serieuze impact op de natuur. Waterstof heeft die nadelen niet. Je maakt het onder meer door overtollige elektriciteit door water te sturen (elektrolyse). Het water splitst zich in zuurstof en waterstof, dat een deel van de elektriciteit blijft dragen.
Elektrolyse is niet de grootste bron van waterstof. Het grootste deel komt momenteel uit de petrochemie, waar waterstof wordt vrijgemaakt bij het bewerken van aardgas. Maar aardgas is wel een fossiele brandstof. Niet zo goed voor het klimaat, dus.
Waterstof moet je ook opslaan in tanks, onder hoge druk of gekoeld. Daar kan ze blijven zitten tot wanneer je ze echt nodig hebt en je er de stroom of warmte opnieuw afhaalt. Dat kan met een brandstofcel, die de waterstof via een chemische reactie opnieuw vermengt met lucht. Eindresultaat: elektriciteit, warmte en als afval: gewoon water. De techniek wordt al gebruikt om elektrische auto’s aan te drijven of fabrieken en huizen te voorzien van warmte of stroom. Maar je kan waterstof ook gewoon verbranden in een klassieke motor, die in plaats van CO2 dan water uitstoot.
Het lijkt de ideale oplossing voor een volledige CO2-vrije energieketting: groene stroom uit wind of zon, die je stuurt door zuiver water, dat zich splitst in waterstof, die nadien de stroom en warmte vrijgeeft door die opnieuw om te zetten in zuiver water. De techniek is al meer dan 200 jaar bekend.
De Nederlandse wetenschapsjournalist Rob van Hattum ("Tegenlicht" - VPRO) voorspelde jaren geleden al dat waterstof de energiebron van de toekomst is. Op zaterdag 16 februari kwam hij daar in "Interne keuken" op Radio 1 meer uitleg over geven. Beluister het gesprek hier:
Waarom zetten we er dan niet meer op in?
Dat de doorbraak van waterstof in energietoepassingen zo lang op zich laat wachten heeft vooral te maken met de inefficiëntie van het systeem. Bij het losbreken van de waterstof uit het water, de opslag, het eventuele transport en het opnieuw mengen van waterstof met zuurstof of lucht, gaat er bijzonder veel van de oorspronkelijke energie verloren. Tot 70% van de elektriciteit uit zonnepanelen of windturbines raak je kwijt. Rendement dus 30%. Ter vergelijking: het rendement van een moderne gascentrale bedraagt 60%, maar daar zijn wel de verliezen in de exploitatie en transport van het gas en de elektriciteit niet mee verrekend.
Bij de aanmaak, opslag en transport van waterstof raak je wel tot 70% van de energie kwijt
Dat rendementsverlies maakt waterstof in vergelijking met batterijen nog heel duur. Maar nu er almaar meer elektriciteit uit wind en zon moet worden opgeslagen, komt waterstof opnieuw in het vizier. Het is alleszins beter dan windturbines stil te leggen of de stroomoverschotten tegen negatieve prijzen te moeten aanbieden. Het is al meerdere keren gebeurd dat de stroomproducenten hun klanten moesten betalen om het overaanbod aan (groene) stroom kwijt te raken. De stroomoverschotten opslaan in waterstof en die later verkopen (op momenten van stroomschaarste bijvoorbeeld), is dan veel interessanter.
Een economie op waterstof, kan dat?
Ondanks de aanzienlijke energieverliezen, zijn er toch partijen die geloven dat onze hele economie ooit helemaal op waterstof zal kunnen draaien. Je kan er inderdaad warmte en stroom mee maken, je kan gascentrales aanvuren met waterstof in plaats van met aardgas, je kan het gebruiken in klassieke verbrandingsmotoren, het is een goede energiedrager voor grote vrachtwagens, bussen, schepen, treinen en vliegtuigen (die worden mogelijk te zwaar als ze op batterijen moeten rijden) en het is in onbeperkte hoeveelheden aanwezig.
Japan bijvoorbeeld gelooft heel erg in waterstof. Er zijn al woningen die hun warmte en stroom halen uit kleine waterstofcellen. De grote Japanse autoconstructeurs Toyota en Honda zijn de koplopers in waterstofauto’s en Japan plant zelfs waterstof te importeren vanuit Australië. Australië kan met zijn overvloedige hoeveelheid zon heel veel waterstof aanmaken vanuit zijn zonneparken. Japan wil dat waterstof met grote tankschepen inhalen. Volgend jaar al willen de Japanners uitpakken met een visitekaartje van formaat: de Olympische Spelen van Tokyo worden in de markt gezet als de waterstofspelen. Alle voertuigen die de atleten naar de sportparken brengen, zullen op waterstof rijden. Japan bouwt in de nabijheid van Fukushima een waterstoffabriek, de Olympische toorts zou branden op waterstof. Er zijn zelfs plannen om het volledige atletendorp te laten draaien op waterstof.
De Olympische Spelen van volgend jaar in Tokyo worden nu al de waterstofspelen genoemd
Ook in Europa groeit de belangstelling voor waterstof. Nederland zal op termijn met de ontginning van zijn aardgas stoppen, en denkt eraan over te stappen op waterstof. Het Nederlandse aardgasnetwerk zou kunnen omgebouwd worden tot een waterstofnetwerk. De stad Groningen laat meerdere van haar dienstvoertuigen op waterstof rijden. In Eemshaven liggen de plannen klaar voor een waterstoffabriek.
Bekijk hieronder de reportage van ons economisch magazine De Markt over de waterstofinitiatieven in Nederland, met onder meer de Hesla, een omgebouwde Tesla op waterstof (juni 2018)
Duitsland wil een uitgebreid net van waterstoftankstations bouwen. Er zijn intussen al 60 openbare stations. Maar dat moeten er nog meer worden, zodat de Duitse autobouwers hun klaar staande elektrische auto's op waterstof op de markt kunnen brengen
Ook ons land kan zijn steentje bijdragen. Want we beschikken nu al over unieke troeven die ons tot een draaischijf in de waterstofeconomie kunnen maken. En dat gaat niet alleen over spitsonderzoek, met innovatieve KMO's, maar ook over een hele waterstofinfrastructuur met grote industriële spelers.
Bekijk hier het gesprek met Luc Pauwels over de mogelijkheden van waterstof in "De ochtend":
