close up of hand with microscope and green leaf
Het is geen broeikasgas. Waterstofgas reageert met de zuurstof, waardoor het weer water wordt.
Als opslag of vervanging van aardgas?

Waterstof als alternatief

Waterstof is een soort gas en gassen zijn energiedragers. Energiedragers kunnen ingezet worden om energie in op te slaan, te vervoeren en vervolgens af te geven om te gebruiken. Daarom is het interessant om mee te nemen als mogelijke duurzaam alternatief. Maar welke soort waterstof is een duurzaam alternatief? En hoe werkt het precies?

Energiedrager als gas of vloeistof

Wat is waterstof?

Waterstof is het meest voorkomend element in ons universum, er bestaan zelfs hele sterren uit alleen waterstof. Het is ook het lichtste gas dat we kennen. Normaal is het gasvormig en spreken we over waterstof gas (H2), maar onder hoge druk en gekoeld wordt het vloeibaar. Vloeibare waterstof wordt gebruikt als een geconcentreerde vorm voor opslag in tanks. Zoals bij elk gas neemt het opslaan als vloeistof minder ruimte in dan bij het opslaan als een gas.

Gassen, en dus ook waterstof, zijn energiedragers. Per kg heeft waterstof een hoge energie dichtheid, bijna drie keer zo veel als aardgas. Daarnaast is het een onschadelijke stof.

 

tank
Niet explosief, wel brandbaar, maar pas als het in de juiste verhouding met zuurstof wordt gemengd en er een vlam bij komt.
Infographics Bio Bubble
Water bestaat uit H2 (waterstof) en O (zuurstof).
Het maken kost ook energie

Waterstof voor energie

Waterstof is een gas dat je kunt omzetten naar elektriciteit zonder CO2-uitstoot. Het is namelijk gewoon van water gemaakt. Zuiver water bestaat uit twee delen: waterstof en zuurstof, ofwel H2O. Door middel van een scheikundig proces, kun je de zuurstof van de waterstof scheiden.

Als je waterstof vervolgens weer in aanraking brengt met zuurstof, komt er heel veel energie vrij. Bijvoorbeeld om een auto mee te laten rijden, een huis te verwarmen of een laptop op te laden. En dat  zonder uitstoot, het enige restproduct is water.

Maar waterstof is een energiedrager, geen energiebron. Er is energie nodig om het te maken: de H2 van de O te scheiden.

Groen, blauw, grijs..

Duurzame waterstof

Vrijwel alle waterstof die op dit moment wereldwijd wordt geproduceerd, is zogeheten ‘grijze waterstof’. De productie gebruikt aardgas om de waterstof (H2) lost te koppelen van de O. De aardgas stoot hierbij CO2 uit wat in de lucht terecht komt.

Er wordt over ‘blauwe waterstof’ gesproken als de CO2 die vrijkomt bij het proces van ‘grijze waterstof’ grotendeels (80 tot 90%) wordt afgevangen en opgeslagen in bijvoorbeeld lege gasvelden onder de Noordzee. Op dit moment wordt nog nergens in de wereld blauwe waterstof op grote schaal geproduceerd.

‘Groene waterstof’ is waterstof die is geproduceerd met duurzame energie. De bekendste is elektrolyse waarbij water via groene elektriciteit wordt gesplitst, eigenlijk door het water onder stroom te zetten. In Nederland is een groot aantal partijen bezig te experimenten met deze elektrolysers op grote schaal.

 

wind turbines on sea
Groene waterstof past in ons systeem, want alleen elektrolyse kan elektriciteit omzetten naar waterstof om dit op te slaan.
gasleiding
Het kan opgeslagen worden en door de gasleidingen, maar het kost nog veel energie om dit te doen.
Waterstof is niet zomaar in te zetten

Voor- en nadelen

Het belangrijkste voordeel van waterstof is dat je het kunt opslaan. Op dit moment is de uitdaging van zonne- en windenergie dat het lastig op te slaan is en dat het weersafhankelijk is. Om heel Nederland één dag van opgeslagen elektriciteit te voorzien, zijn voor miljarden euro’s aan accu’s nodig. Een alternatief is om overtollige groene energie om te zetten in waterstof en het op die manier op te slaan.

Het is alleen zo dat wanneer je elektriciteit gebruikt voor de elektrolyse van waterstof, je maar een rendement van maximaal 75 procent hebt. Dat betekent dat minimaal 25 procent van de opgewekte energie verloren gaat om er waterstof van te maken. Het vervolgens terugzetten van waterstof naar energie geeft hetzelfde energieverlies. Dat is bijna de helft energieverlies, wat soms nog hoger kan liggen.

Een ander groot voordeel is dat we in Nederland een heel goed pijpsysteem hebben aangelegd om gas te vervoeren. En zo kan waterstof (in gasvorm) worden ingezet als vervanger voor aardgas.

Het gebruik via de oude gasleidingen heeft wel wat aanpassingen nodig. 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.

Opslaan in vloeibare vorm neemt minder ruimte in beslag, maar het afkoelen van waterstofgas tot vloeibare waterstof kost veel energie. Ook moet de temperatuur van het vat laag blijven, om zo te voorkomen dat de vloeibare waterstof weer verdampt.

Waar heeft het nut?

Toepassen van waterstof

Waterstof wordt nu voornamelijk gebruikt voor de productie van kunstmest. In de toekomst zou het ook gebruikt kunnen worden voor hoge temperatuur processen zoals staalproductie en in de chemische industrie waar nu veel aardgas of kolen wordt gebruikt. Ook in vervoer kan het eventueel een rol spelen, bijvoorbeeld voor streekbussen die langere afstanden moeten overbruggen en waar elektrisch rijden (nog) geen oplossing is.

Waterstof voor bijvoorbeeld woonhuizen wordt door meerdere partijen nu bekeken. Een collectief warmtenet of een elektrische warmtepomp is voor nu nog een betere oplossing.

Vloeibare waterstof kan eventueel worden ingezet als energieopslag om het net te balanceren.

smelting of the metal in the foundry
Waterstof heeft nut bij zwaar transport, grote industrie en luchtvaart waar nog geen goede elektrische oplossing is
power plug lie on world map. Earth globe
Vooral in steden kunnen het gasnetwerk en de huishoudens heel goed gestructureerd over gaan op waterstof.
Niet overal is het zinvol

Voor welke landen?

Noorwegen, Australië, Marokko, Chili, Saudi-Arabië, China en Japan zijn erg actief met waterstof. Hiervan hebben enkele landen goedkope duurzame energie uit wind, zon of waterkracht tot hun beschikking om groene waterstof  te produceren. Japan is voor deze manier van energievoorziening afhankelijk van import, waardoor zij vooral over grijze waterstof beschikken. Zij spelen wel een belangrijke rol in de ontwikkeling van deze technologie.

Nederland heeft een goede positie mede dankzij onze kennis van gas en elektrolyse technologie, de grote windenergie potentie op de Noordzee, het netwerk aan gasleidingen en de energie-intensieve industrie die moet verduurzamen.