De laatste jaren zien we een grote verschuiving naar elektriciteit als een hernieuwbare energiebron. Er zijn bijvoorbeeld steeds meer elektrische auto’s op de wegen. Maar is een andere hernieuwbare energie die steeds meer aandacht krijgt: waterstof.

Waterstof is een niet-giftig kleurloos gas en is het meest voorkomende element in het universum, ongeveer driekwart van de totale massa. Naar schatting zijn 90% van alle atomen waterstofatomen. Groene waterstof - geproduceerd uit hernieuwbare energie - is een schone brandstof die kan worden gebruikt voor langdurige energieopslag en om transport, verwarming en industriële processen zoals staal- en cementproductie emissievrij te maken. Het kan zelfs worden gecombineerd met opgevangen CO² om recyclebare vliegtuigbrandstof te produceren. Mede daarom zijn de experts het erover eens dat de CO² doelstellingen op lange termijn niet volledig haalbaar zijn zonder groene waterstof.

groene waterstof batterijen

Hoe wordt waterstof gegenereerd?

Er zijn geen natuurlijke waterstofafzettingen op aarde en waterstof moet door een chemisch proces uit andere verbindingen worden gewonnen. De overgrote meerderheid van industriële waterstof wordt momenteel geproduceerd uit aardgas via een proces dat bekend staat als stoomreformering met methaan of SMR. Steam methane reforming (SMR) laat het methaan in aardgas met stoom reageren op hoge temperatuur in aanwezigheid van een katalysator. Hierdoor ontstaat waterstof en koolstofdioxide, CO².

Tegenwoordig wordt jaarlijks ongeveer 130 miljoen ton waterstof geproduceerd, grotendeels voor olieraffinage en productie van kunstmest op basis van ammoniak, met 76% afkomstig van aardgas en 23% van steenkool (voornamelijk in China). Dit standaard SMR-proces heeft echter als nadeel dat het grote hoeveelheden van het broeikasgas CO² in de atmosfeer afgeeft. Maar ook methaan zelf heeft een broeikaseffect dat maar liefst 85 keer hoger is dan CO², dus elke kleine gaslekkage van methaan draagt ook aanzienlijk bij aan de klimaatverandering.

Voor elke ton "grijze waterstof" die met deze twee fossiele brandstoffen wordt geproduceerd, komt negen tot 12 ton CO² vrij in de atmosfeer. Omdat deze grijze brandstoffen goedkoop zijn, is de geproduceerde waterstof ook relatief goedkoop- maar dus ook grijs! Tot 80% van deze CO² emissies kunnen worden opgevangen en opgeslagen - er zijn momenteel vier fabrieken voor de productie van zogenaamde blauwe waterstof in de wereld, en deze staan allemaal in Noord-Amerika. Deze afvang en ondergrondse opslag van CO² wordt CCS (carbon capture and storage) ofwel koolstofcaptatie genoemd. Maar een grootschalige productie van blauwe waterstof zou dus nog steeds jaarlijks miljoenen tonnen CO² uitstoten en het erg moeilijk maken om de klimaatdoelstellingen te bereiken.

De voortdurende afhankelijkheid van aardgas brengt ook geopolitieke risico’s mee aangezien dit uit landen als Rusland en Qatar moet worden geïmporteerd. Maar het opslaan van CO² is uiteraard geen duurzame oplossing.

Groene waterstof

Batterij symbool afgebeeld met struiken en H2 op de achtergrond

Waterstof kan ook worden geproduceerd door elektrolyse van water (met behulp van elektrische stroom om water, H2O, op te breken in de elementen waterstof en zuurstof). Als deze elektrische stroom wordt geproduceerd door een hernieuwbare bron (bijvoorbeeld zonnepanelen of een windturbine), dan is de geproduceerde waterstof schone ofwel groene waterstof. Waterdamp is het enige restproduct. Zo wordt er in de Wieringermeer een windmolen gebouwd waarvan de turbine direct gekoppeld is aan een elektrolyser die groene waterstof en elektriciteit produceert.

Het International Renewable Energy Agency (Irena) stelt dat er in 2050 19 exajoules groene waterstof geproduceerd moet worden om duurzaam te zijn. Volgens berekeningen is voor de productie van een dergelijk volume jaarlijks 6.690 TWh aan groene stroom nodig. In de hele wereld wordt momenteel zo’n 1 TW opgewekt aan wind- en zonne-energie en vrijwel al deze capaciteit wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken en niet om groene waterstof te produceren. Er zijn dus Terawatts aan hernieuwbare energie nodig om groene waterstof te produceren, maar dat lijkt ondergeschikt te zijn aan de vraag van de snelgroeiende elektriciteitssector. Deze moet koolstofvrij worden gemaakt en tegelijkertijd steeds grotere delen van de verwarming- en transportsector van stroom moet voorzien. Wellicht moet er gedacht worden aan enorme investeringen in nieuwe soorten energiecentrales die waterstof kunnen produceren voor gebruiken op andere plaatsen en/ of tijden, zoals getijden centrales.

Kan ik als consument al overstappen naar Waterstof?

Waterstof auto wordt opgeladen bij waterstofstation met windmolens op de achtergrond

Ja, dat kan, eenvoudigweg door een auto op waterstof aan te schaffen, ook wel bekend als de brandstofcel-elektrische auto. Auto's op waterstof met een brandstofcel worden aangedreven door een elektromotor en zijn dus elektrische auto’s. De gebruikelijke afkorting is FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle) en die voor de normale elektrische auto is BEV (Battery Electric Vehicle). Het grote verschil is dat een waterstofauto een brandstofcel heeft waar opgeslagen waterstof met zuurstof reageert en elektrische energie opwekt.

Waterstof tanken gaat net zo snel als benzine tanken en je bent dus geen uren kwijt zoals met een BEV. Het bereik van de nieuwste waterstofauto’s is met ongeveer 500 kilometer groter dan dat van elektrische auto’s en verslechtert niet bij koud weer. In één jaar tijd verdubbelde het aantal waterstofauto’s op de Nederlandse wegen van 56 in 2018 tot 146 vorig jaar en die kunnen al waterstof tanken in Arnhem, Rhoon, Helmond, Delfzijl en sinds maart jongsleden in Den Haag.

De verwachting is dat er dit jaar 4 tankstations bijkomen, en wel in Groningen, Pesse, Amsterdam en Emmen, en voor de komende jaren staat er nog 12 nieuwe locaties gepland. Vooral de Aziatische autofabrikanten bieden al waterstofauto’s aan in Nederland, zoals de Toyota Mirai, Hyundai ix35 FCEV en Hyundai NEXO. Waterstof betaal je in kilo’s en één kilo waterstof kost gemiddeld 10 euro en geeft een reikwijdte van zo’n 100 kilometer, ongeveer drie keer zo duur als een elektrische auto thuis opladen. De Nexo heeft bijvoorbeeld een tank van 6 kilo en een reikwijdte van 650 kilometer, haast het dubbele van de elektrische Nissan Leaf.

Tot slot

Groene waterstof is nog ver weg. Alle technologie lijkt aanwezig te zijn maar het ontbreekt aan een locatie waar met groene energie enorme hoeveelheden waterstof geproduceerd kunnen worden, om die vervolgens met tankers te transporteren naar de plaats waar de energie opgewekt kan worden. Zou zo’n locatie bijvoorbeeld een stuwdam kunnen zijn? De Itaipú dam in Brazilië is wereldrecordhouder met 103,1 TW aan energieproductie per jaar- 65 van dergelijke kolossale dammen is natuurlijk geen optie. Er moet out-of-the-box gedacht worden.

Duitsland heeft al berekend hoeveel geothermische energie het potentieel op kan wekken op het eigen territorium: 4.155 TW, ofwel het tienvoudige van de eigen energiebehoefte. Dus wellicht een enorme geothermische waterstoffabriek op IJsland, of een waterkrachtinstallatie in het Panama kanaal? Hoe groter hoe beter! Onderzoekers hebben ook een veiligere manier bedacht om waterstof in de auto zelf te produceren met water, kooldioxide en kobalt. In plaats van waterstof te tanken moeten regelmatig containers met Kobalt vervangen worden. Als deze auto ook nog eens autonoom is dan is het toekomstbeeld dus een pils voor mij, en een glas water voor mijn auto!