Heeft waterstof een toekomst?

Met behulp van brandstofcellen kan waterstof elektrische motoren aandrijven, energie opslaan en huizen verwarmen. Volgens experts heeft de alleskunner zelfs de potentie om een ​​beslissende bijdrage te leveren aan de energietransitie. Een inventaris. Falen is nooit een reden geweest om iets op te geven. Dat bewijzen vele avontuurlijke expedities in de afgelopen eeuwen. Nauwelijks waren een schrootknipper en bemanning verpletterd in het pakijs of drie nieuwe expedities vertrokken. In de jungle van Zuid-Amerika en de zandwoestijn van de Sahara ging niet alleen een verkenningsmissie verloren, en zelfs de verovering van toppen, hoe onoverkomelijk ook, vereiste vaak meerdere pogingen. De situatie is vergelijkbaar als het gaat om waterstof, dat het beslissende puzzelstukje zou kunnen worden in de gigantische opgave van de energietransitie, maar de afgelopen anderhalve eeuw nooit zijn onbetwiste grote potentieel heeft kunnen waarmaken.

Houston we hebben een probleem!

Het moleculaire gas met de chemische formule H2, dat op onze planeet in water gebonden is en dus in bijna elke organische verbinding zit, is een echte alleskunner. Het meest verspreide chemische element in het heelal wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het conserveren van voedsel, als koelmiddel in elektriciteitscentrales en in tal van andere industriële sectoren. Waterstof was de eerste die moderne ruimtevaart mogelijk maakte, daarvoor dreef het zeppelins aan en werd het beschouwd als de brandstof van de toekomst. Met de crash van het luchtschip “Hindenburg” in 1937 en het ongeluk van Apollo 13, dat een film werd, werd de chemische reactiviteit ervan voor velen verdacht. Juist deze reactiviteit maakt waterstof zo waardevol. Anders zou het niet kunnen worden omgezet in elektriciteit en warmte met behulp van een brandstofcel en op deze manier elektrische motoren kunnen aandrijven, huizen kunnen verwarmen en energie kunnen opslaan – zoals Jules Verne het in 1874 beschreef. De Franse schrijver legde een korte toespraak in de mond van zijn ingenieur Cyrus Smith in de roman “The Mysterious Island”, waar veel lezers destijds zachtaardig om moeten glimlachen: “Ik ben ervan overtuigd, mijn vrienden, dat er op een dag water zal worden gebruikt als brandstof worden waterstof en zuurstof, de componenten ervan, een onuitputtelijke bron van warmte en licht die qua intensiteit onvoorstelbaar is. Water is de steenkool van de toekomst.”

Waterstof + Zuurstof = Energie

Was Jules Verne ontspoord met deze uitspraken? Gewoon een gok en toevallig juist? Nauwelijks, want de Duits-Zwitserse chemicus Christian Friedrich Schönbein had al in 1838 het basisprincipe van de brandstofcel bedacht en daarmee de belangrijkste voorwaarde om waterstof bruikbaar te maken voor de mensheid. In één experiment liet hij platinadraden om zich heen spoelen in een elektrolytoplossing die waterstof en zuurstof bevatte en merkte hij een spanning op tussen de draden. Zijn inzicht, dat nu een integraal onderdeel is van de scheikundelessen: als je waterstof laat reageren met zuurstof, krijg je water en – aangezien de reactie exotherm is – energie als bijproduct. De Britse chemicus Sir William Robert Grove nam de steekpass dankbaar in ontvangst en ontwikkelde slechts een jaar later het Grove-element, een eerste variant van de galvanische cel waarin energie kon worden opgewekt volgens het principe dat werd ontdekt door Schönbein.

Uitgebreide en kostenintensieve productie

Het begin was gemaakt, maar verdere baanbrekende uitvindingen en ontdekkingen lagen nog tientallen jaren in de toekomst tot de zeppelins en de ruimteplannen van NASA. De reden voor de lange wachttijd: de complexe productie van het gas. Net als elektriciteit is waterstof geen primaire energiedrager die zomaar overal te winnen en te gebruiken is. Waterstof moet eerst worden opgewekt en daarvoor zijn grondstoffen nodig zoals ruwe olie en aardgas of biomassa en water. Energie moet dus van buitenaf worden geleverd. Dit proces (dat power-to-gas wordt genoemd) is energie-intensief en kostbaar en is ook bepalend voor de klimaatbalans van het gas: Als waterstof wordt gewonnen uit aardgas door stoomreforming, zoals nu het geval is , het wordt “grijs” genoemd – bij Bij de productie van één ton waterstof komt ongeveer tien ton koolstofdioxide vrij. Als het daarentegen wordt afgesplitst van water met behulp van regeneratief opgewekte elektriciteit, wordt het als “groen” beschouwd. Productie door elektrolyse met overtollige groene stroom is bijzonder duurzaam; d.w.z. elektriciteit uit wind en zon, die anders niet zou kunnen worden gebruikt vanwege de timing van elektriciteitsproductie en elektriciteitsvraag – het hele productiepad is bijna volledig emissievrij. Even emissievrije, maar dure waterstof kan worden geproduceerd uit een reeks chemische reacties met water, bijvoorbeeld uit de reactie van alkalimetalen en water. Andere productieprocessen bevinden zich in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase, zoals autothermische reforming, het Kværner-proces, hogedrukelektrolyse en de vergassing van biomassa of organisch afval.

Flexibiliteit van het energiesysteem

Dat brengt ons bij een van de grootste troeven van waterstof: het opslagpotentieel. Slechts enkele energiedragers kunnen weken, maanden en zelfs jaren zoals waterstof in voldoende hoeveelheden beschikbaar worden gehouden en bieden zo de mogelijkheid om later gebruik te maken van seizoensgebonden of dagelijkse energieoverschotten. Om de gewenste decarbonisatie van de energie-industrie te laten slagen, namelijk het verminderen en uitfaseren van CO2 door het stimuleren van hernieuwbare energiebronnen, naast meer windturbines, biomassa en dergelijke, zijn juist deze opties nodig om het elektriciteitsnet flexibeler te maken . Een uitbreiding van hernieuwbare energiebronnen heeft alleen zin als de fluctuerende en voortdurend groeiende hoeveelheden elektriciteit uit wind- en zonne-energie ook boven de huidige behoefte kunnen worden gebruikt. Vanwege de lage dichtheid is het opslaan van waterstof echter technisch en economisch een uitdaging. De momenteel meest wijdverbreide methode is opslag als gecomprimeerd gas. Hiervoor wordt gasvormige waterstof gecomprimeerd tot drukken van 200 bar tot 900 bar, wat veel energie kost. Als alternatief kan gas ook in vloeibare vorm worden opgeslagen, maar om het kookpunt van min 252,85 graden te bereiken zijn sterke koelsystemen, goede isolatie en dus ook veel energie nodig. Een andere mogelijkheid is om het direct in het kilometerslange aardgasnet in te voeden voor later gebruik. Hoewel er nog veel onbeantwoorde vragen zijn over de haalbaarheid van alle varianten op grote schaal, zijn de toepassingsmogelijkheden van opgeslagen waterstof divers. Het kan worden gebruikt als procesgas in de industrie of verder worden verwerkt tot waardevolle grondstoffen (bijvoorbeeld tot ammoniak voor de productie van kunstmest of tot methanol als basischemicaliën). Als de elektriciteitsprijs laag is, loont het zelfs de moeite om deze weer om te zetten in elektriciteit met behulp van gas- en stoomcentrales, die de leveringszekerheid garanderen.

En dus is waterstof ook steeds meer gevraagd om in te investeren. Investeren in waterstof aandelen is dus een trend van 2022.

Dit vind je misschien ook leuk...