Wist jij dat Japan de Olympische Spelen van 2020, die gehouden zouden worden in Tokyo, volledig op waterstof wilden laten draaien? Ze waren er daar in Japan al helemaal klaar voor. De stadions, de verwarming van de gebouwen in het Olympische dorp, het transport van bussen en treinen tot en met de Olympische vlam aan toe. Alles zou op waterstof draaien. Door de Corona zijn deze spelen niet doorgegaan, maar in 2021 gaat het toch gebeuren en worden de Olympische Spelen alsnog gehouden van 23 juli t/m 8 augustus. Dan krijgt Japan de kans om aan de wereld te laten zien dat zij koploper zijn op het gebied van Waterstof.
Jules Verne voorzag het al in 1874. In zijn boek ‘Het Geheimzinnige Eiland’ omschreef hij een maatschappij die draait op energie uit waterstof.
Wat is Waterstof
Waterstof is een molecuul (H₂) dat is opgebouwd uit twee waterstofatomen (H). In het periodiek systeem staat het element H op plaats 1. Waterstof komt veel voor op aarde maar is altijd verbonden met andere atomen. Waterstof is een niet-giftige, kleurloze, smaakloze en reukloze stof. Bij normale omstandigheden, zoals kamertemperatuur en normale drukken, is waterstof gasvormig.
op aarde is veel waterstof: zo’n 2/3 van alle moleculen bevat een of meer waterstofatomen. Denk maar aan water, dat bestaat uit 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom (H₂O). Of aan methaan (aardgas; CH₄), dat bestaat uit 1 koolstofatoom en 4 waterstofatomen. Alles wat leeft op aarde bestaat uit waterstofverbindingen en kan ook niet zonder. Waterstof komt hier op aarde echter nauwelijks in geïsoleerde vorm voor, of het moet door de mens omgezet zijn uit een bron.
Van Water naar Waterstof
Overzicht belangrijkste energiebronnen en conversietechnieken om waterstof te maken. Bron: www.dewereldvanwaterstof.nl
Er zijn verschillende manieren waarop je van water waterstof kunt maken. Er wordt dan ook soms gesproken over grijze, blauwe, groene en turquoise waterstof.
Groene waterstof ook wel ‘renewable hydrogen’ genoemd, is waterstof die is geproduceerd met duurzame energie. De bekendste is elektrolyse waarbij water (H2O) via groene elektriciteit wordt gesplitst in waterstof (H2) en zuurstof (O2).
Grijze waterstof is waterstof dat wordt omgezet door SMR (steam Methane Reforming). Hierbij reageert stoom onder hoge druk (H2O) met aardgas (CH4) met als resultaat waterstof (H2) en het broeikasgas CO2.
Blauwe waterstof wordt ook wel low carbon hydrogen genoemd. Hierbij wordt de CO2 die vrijkomt in het proces van de grijze waterstof grotendeels afgevangen en opgeslagen. Dit wordt dan ook wel CSS: Carbon Capture & Storage genoemd. Het opslaan van de CO2 zou kunnen gebeuren in lege gasvelden onder de Noordzee.
Turquoise waterstof wordt geproduceerd via de zogeheten Molton Metal Pyrolyse technologie. Aardgas wordt door een gesmolten metaal geleid waarbij zowel waterstofgas vrijkomt als ook vaste koolstof. Dit vaste koolstof kan een nuttige toepassing vinden in bijvoorbeeld autobanden. Deze technologie bevindt zich nog in het laboratorium en het duurt minimaal tien jaar voor de eerste pilotfabriek is gerealiseerd.
De aanduidingen van waterstof. Bron Gasunie
Van waterstof naar energie
Eén van de principes van de Circulaire Economie is dat we voortaan energie opwekken uit duurzame hernieuwbare bronnen. Groene waterstof kan hierbij een belangrijke rol spelen.
Waterstof kan op verschillende manieren bijdragen aan de energieomslag. Zo kan waterstof dienen als duurzame grondstof voor de (petro)chemische industrie, maar ook als alternatieve brandstof voor zwaar-industriële processen met hoge temperaturen. Bovendien kan waterstof bijdragen aan de levering van warmte en aan de verduurzaming van bijvoorbeeld zwaar vrachtverkeer, commerciële scheepvaart en vliegverkeer. In een brandstofcel kun je waterstof weer omzetten in elektriciteit en daarmee een elektromotor aandrijven. Op die manier kunnen auto’s, bussen, maar ook vrachtwagens, schepen en in de toekomst zelfs vliegtuigen op waterstof rijden, varen en vliegen.
Ook is het interessant om te zien hoe CO₂-neutrale waterstof knelpunten kan ondervangen bij de vorming van een nieuwe duurzame energievoorziening. Als er even geen wind- of zonne-energie is, moeten we snel kunnen bijschakelen vanuit andere bronnen. Ook tijdens koude perioden met een hoge energievraag. Fossiele bronnen als aardgas hebben daarbij niet de voorkeur. Dan is CO₂-neutrale waterstof een goed alternatief, juist ook omdat we het tegen beperkte kosten kunnen opslaan. Die eigenschap komt ook van pas in perioden met een overaanbod van zon- en windenergie. Is er meer elektriciteit dan er gevraagd wordt? Opslag in waterstof biedt uitkomst.
Tot slot is waterstof aantrekkelijk vanwege de mogelijkheden voor transport en distributie. In grote volumes is energie in de vorm van waterstof namelijk veel goedkoper te transporteren dan elektriciteit. Bovendien lopen we met ons elektriciteitsnetwerk op termijn tegen beperkingen aan.
Op korte termijn zal er niet heel veel te zien zijn. De toepassing van waterstof in bijvoorbeeld woonhuizen zal nog lang op zich laten wachten als dit al gebeurt. In het verkeer zal het aantal waterstof auto’s (nu minder dan honderd) en het aantal waterstof tankstations (vier locaties in 2019) langzaam wel toenemen. In Rotterdam experimenteert netbeheerder Stedin inmiddels wel met het verwarmen van huizen door middel van de waterstof. Via het gasnet wordt het gas naar een centrale ketel getransporteerd, die vervolgens de huizen verwarmt.
Risico’s van Waterstof
Waterstof is een erg licht gas, snel ontvlambaar en wordt in de mobiliteit onder drukken tot 700 bar toegepast. Net als elk ander gas is het van belang om er bij productie, transport en gebruik voorzichtig mee om te gaan en dat uitsluitend aan professionele bedrijven over te laten. Als waterstof wordt ingezet in bestaande gasleidingen is het van belang om het ‘gedrag’ van waterstof in de praktijk nader te onderzoeken. Waterstof is namelijk lichter dan aardgas en kan makkelijker ontsnappen bij kleppen en afsluiters.
Wil je meer weten over waterstof kijk dan ook eens op de volgende links:
– Het verhaal van waterstof – Longread Waterstof (dewereldvanwaterstof.nl)
– Waterstof voor een duurzame energievoorziening | TNO
Ook in onze podcastshow Over Circulair die je kunt vinden op Praatkast.nl hebben we een podcast gewijd aan waterstof.
December 2020, Jolanda Kwakman