Close

Waterstof

Waterstof is een element welke je waarschijnlijk wel eens bent tegengekomen tijdens je scheikunde lessen waar het ook wel H2O2 werd genoemd. Het is namelijk het meest voorkomende element in het universum. Daarom is het ook goed nieuws dat waterstof een belangrijke rol kan spelen als het gaat om het verduurzamen van energievoorzieningen. Maar hoe dan precies? Dat lees je in dit artikel.

Waterstof voor vergroening van energie

Hoewel waterstof het meest voorkomende element is in het universum, komt het onder normale omstandigheden niet geïsoleerd voor. Wanneer we het willen gebruiken, moet het dan ook eerst gemaakt worden. Tijdens dit proces neemt waterstof energie op. Want waterstof is dan wel niet een bron van energie, maar kan wel dienen als energiedrager. Er is namelijk geen enkele stof die per kilogram zoveel energie kan bevatten als waterstof. Deze grote hoeveelheid opgeslagen energie geeft waterstof weer vrij tijdens de verbranding.

waterstof

Welke productie manieren van waterstof zijn er?

Het produceren van waterstof kan op verschillende manieren. De verschillende productie processen geven waterstof een specifieke naam. Zo spreken we bijvoorbeeld van grijze waterstof, groene en blauwe waterstof. Deze kleurbenamingen zeggen alleen maar iets over het soort energie dat gebruikt is om de waterstof te maken. Het eindresultaat is namelijk altijd dezelfde kleurloze, geurloze waterstof.

Grijze waterstof

Eigenlijk is alle waterstof die momenteel in Nederland op grote schaal gemaakt wordt grijs. Dit betekent dat er voornamelijk aardgas en stoom gebruikt worden om grijze waterstof te maken. De productie met aardgas is goedkoop. Bovendien is het zo dat er veel waterstof geproduceerd kan worden in relatief korte tijd. Grijze waterstof ontstaat ook als bijproduct van de Nederlandse chemische industrie.

Een nadeel van grijze waterstof is dat er bij de productie altijd CO2 uitkomt. Dit komt doordat deze variant gemaakt wordt met behulp van fossiele brandstoffen. CO2 is een broeikasgas welke bijdraagt aan het versterkte broeikaseffect. Hoe meer CO2 er in de atmosfeer terecht komt, hoe sterker de gevolgen van de opwarming van de aarde zijn.

Een ander nadeel is dat de grijze variant altijd een klein deel verontreiniging bevat. Nu is dit voor de industrie niet echt een probleem. Echter, wanneer we waterstof willen gebruiken als duurzaam energie alternatief, zal het eerst gezuiverd moeten worden.

Groene waterstof

In tegenstelling tot de grijze waterstof, wordt groene waterstof gemaakt met behulp van duurzame energiebronnen, zoals zonne- of windenergie. Door middel van groene stroom kan water namelijk omgezet worden in waterstof. Dit proces wordt ook wel elektrolyse genoemd.

Wanneer waterstof gemaakt wordt door middel van elektrolyse wordt elektriciteit gebruik om water als het ware te splitsen. Dit gebeurt in een elektrochemische cel. In deze cel wordt water vervolgens met behulp van elektrische lading omgezet in zuurstof en waterstof.

Een groot voordeel van duurzame waterstof is dat er tijdens de productie geen CO2 vrijkomt. Helaas is het momenteel zo dat de kosten voor het produceren van groene waterstof vele malen hoger liggen dan waterstof die geproduceerd wordt uit aardgas. Deze hoge kosten verklaren voor een groot deel waarom de groene variant nog niet zo veel geproduceerd wordt in Nederland.

Groene waterstof kan echter een interessante bijdrage leveren als het gaat om verduurzamen van ons energieverbruik. Zo zouden we het bijvoorbeeld in kunnen zetten om zwaar vervoer, zoals vrachtwagens, te verduurzamen. Ook zou deze variant gebruikt kunnen worden om huizen op een duurzame manier te verwarmen.

Schema waterstof maken

Blauwe waterstof

In principe is blauwe waterstof hetzelfde als de grijze variant. Ook hier wordt namelijk weer gebruik gemaakt van aardgas en stoom om waterstof te maken. Het grote verschil is echter dat bij de blauwe variant de CO2 niet in de atmosfeer terecht komt, maar wordt opgeslagen of gebruikt. Zo kan de CO2 bijvoorbeeld opgeslagen worden in een leeg gasveld. En in tuinbouwkassen kan CO2 gebruikt worden als grondstof. Aangezien de CO2 door dit gebruik of opslag niet in de atmosfeer terecht komt, draagt het niet bij aan klimaatverandering.

Toch zijn er wat nadelen aan blauwe waterstof. Want om CO2 op te slaan en te transporteren is ook weer energie nodig. Hierdoor is de opbrengst van de productie wel wat lager. Bovendien is het zo dat ongeveer 10% van de CO2 toch ontsnapt en alsnog in de lucht terecht komt.

De blauwe waterstof wordt vooral gezien als een tussenoplossing, aangezien er nog steeds gebruik wordt gemaakt van fossiele brandstoffen en er nog steeds CO2 uitgestoten wordt. Maar de blauwe variant zou wel kunnen helpen om op korte termijn de klimaatdoelstellingen te halen.

Waarom kan waterstof nuttig zijn?

Waterstof kan dus met behulp van zowel grijze als groene stroom geproduceerd worden. Tijdens de productie wordt energie opgeslagen. Tijdens verbranding geeft waterstof deze energie weer vrij. Waterstof zelf is dus geen energiebron, maar een opslagbron van energie. Waterstof kan dus vooral nuttig zijn om grijze of groene energie op te slaan voor later gebruik.

Waterstof is hier uitermate geschikt voor aangezien het heel goed energie op kan slaan voor langere tijd. Waterstof verliest namelijk minder energie dan bijvoorbeeld een batterij. Dit zorgt er dus voor dat we waterstof, wat gemaakt is in een tijd van energieoverschot, kunnen bewaren voor een periode waarin we te maken hebben met een te kort aan energie. Een opslag van waterstof kan dus dienen als een energiebuffer.

Wat zijn de voordelen van waterstof?

Aangezien waterstof bij de productie ervan energie opslaat, kunnen we grijze, blauwe en groene waterstof gebruiken als energiedrager. Een belangrijk voordeel van waterstof is dat het heel veel energie op kan slaan, meer namelijk dan iedere andere stof op aarde. Bovendien kan de waterstof zelf opgeslagen worden in zoutkoepels of lege aardgasvelden. Dit is een fantastisch alternatief voor het opslaan van energie in batterijen of accu’s, want op deze manier gaat er veel minder energie verloren.

Daarnaast kan deze opgeslagen waterstof een belangrijke buffer vormen voor het elektriciteitsnet. Dit kan heel handig zijn wanneer het energie aanbod laag is. Bijvoorbeeld in de winter, wanneer er weinig zonne-energie beschikbaar is. Op dit soort momenten kan waterstof ingezet worden om alsnog aan de vraag te voldoen.

Vooral groene waterstof kan ons vele voordelen brengen. Waterstof is bijvoorbeeld heel gemakkelijk te vervoeren is. Zo kunnen we duurzame elektriciteit in de vorm van groene waterstof eenvoudig importeren. Deze groene variant van waterstof kunnen we vervolgens gebruiken om de industrie te verduurzamen, huizen op een duurzame manier te verwarmen en ook zwaar vervoer te laten rijden op een duurzamere energiebron.

Wat zijn de nadelen van waterstof?

Hoewel waterstof uitermate goed in staat is om energie op te slaan, kleven er ook nadelen aan. Bij de productie gaat er namelijk behoorlijk wat energie verloren. Wanneer men waterstof wilt maken, zal er dus een constante afweging moeten zijn of de energie niet beter direct gebruikt kan worden.

Een groot nadeel van duurzame waterstof is dat het erg duur is en dat het aanzienlijk wat tijd kost om het te produceren. Hoewel dit niet het geval is met de grijze variant, is het hierbij weer zo dat dit niet duurzaam is.

Er is maar een heel klein aanbod aan groene waterstof beschikbaar is. Er is dus onvoldoende waterstof beschikbaar voor alle duurzame toepassingen.

Daarnaast zijn er nog enkele veiligheidsrisico’s gekoppeld aan waterstof. Zo is waterstof bijvoorbeeld geurloos en kleurloos, waardoor het lastig is waar te nemen. Als gevolg hiervan kan het zich dus onopgemerkt ophopen in ruimtes. Dit is erg gevaarlijk gezien het feit dat waterstof al kan ontbranden bij slechts kleine hoeveelheden. Bovendien is er maar weinig energie nodig om het te laten ontbranden. Tel daar het feit bij op dat waterstof ontzettend veel energie kan bevatten en je hebt een enorme explosie wanneer er niet zorgvuldig opgelet wordt.

Gelukkig wordt waterstof al langer gebruikt in de industrie. De kennis over juiste veiligheidsvoorschriften zou kunnen helpen om het gebruik van waterstof in woningen of vervoer zo veilig mogelijk te maken. Om de veiligheidsrisico’s van waterstof nog verder te verkleinen, werken verschillende partijen aan een Waterstof Veiligheid Innovatie Programma (WVIP). Het is de bedoeling dat er allerlei duidelijke regels en voorschriften over het gebruik in dit programma worden vastgelegd. Men hoopt dat dit programma ervoor kan zorgen dat waterstof ook in de maatschappij veilig gebruikt kan gaan worden.

Hoe gebruiken we waterstof op dit moment?

Hoewel waterstof een efficiënte energiedrager kan zijn, wordt het in Nederland momenteel voornamelijk gebruikt als bouwsteen voor de industrie. Je kunt het namelijk gebruiken om andere stoffen mee te maken, zoals ammoniak. Van ammoniak kan vervolgens weer kunstmest gemaakt worden. Ook wordt waterstof gebruikt bij de raffinage van aardolie. Daarnaast is het ook te gebruiken als brandstof in waterstofauto’s, al gebeurt dit momenteel nog slechts op kleine schaal.

Tanken met waterstof

Wat is de rol van waterstof voor de toekomst?

Momenteel produceert Nederland nog op grote schaal de grijze variant van waterstof. Maar naar verwachting zal dit in de toekomst veranderen en zullen de blauwe en groene variant het meest geproduceerd worden. Men verwacht namelijk dat groene waterstof goedkoper wordt zodra er meer van gemaakt wordt. Het is momenteel de vraag of er op korte termijn voldoende groene stroom is om de groene variant te maken. Vandaar ook dat de blauwe variant gezien wordt als een tussenoplossing. Want wanneer we meer van het blauwe soort produceren, en dus CO2 opslaan die vrijkomt bij de productie, zou het misschien mogelijk worden om de klimaat doelen op korte termijn te halen.

Je kunt je ook afvragen of investeren in de blauwe waterstof wel zo’n goed idee is. We zouden tenslotte dat geld natuurlijk ook kunnen gebruiken om de groene variant te produceren. Daarbij komt natuurlijk ook nog dat er nog steeds aardgas nodig is om de blauwe variant te creëren.

Welke variant we op de korte en lange termijn gaan zien, is dus nog even gissen. Toch is het gebruik van waterstof zo gek nog niet. Het zou in de toekomst een belangrijke rol kunnen spelen als het gaat om het elektriciteitsnet, woningen, vervoer, en de industrie.

Het elektriciteitsnet

Zoals je hierboven al hebt kunnen lezen, kan waterstof aantrekkelijk zijn om energie op te slaan ten tijde van een energie overschot. Vandaar ook dat het een belangrijke aanvullende rol kan vervullen als het gaat om zonne- en windenergie. Want wanneer er bijvoorbeeld even geen wind is, of tijdens de donkere wintermaanden, kan waterstof gebruikt worden om het elektriciteitsnet aan te vullen. In de zomer kan het overschot aan zonne-energie opgeslagen worden in waterstof.

Woningen

In het klimaatakkoord is vastgelegd dat de Nederlandse woningen moeten verduurzamen. Zo wordt er bijvoorbeeld gekeken naar manieren om huizen duurzaam te verwarmen, bijvoorbeeld met behulp van een warmtepomp. Ook het goed isoleren van woningen is hierbij erg belangrijk. Maar waterstof kan ook zeker een belangrijke rol spelen als het gaat om duurzaam verwarmen. Want wanneer we waterstof omzetten in elektriciteit kunnen we een warmtepomp op een duurzame manier te laten werken.

Zeker voor woningen en gebouwen die niet goed geïsoleerd kunnen worden, kan waterstof goed ingezet worden. Zo kan het bijvoorbeeld verbrand worden in de ketel van historische panden. Eind 2020 begonnen de eerste proefprojecten in Nederland voor het verwarmen van woningen met behulp van waterstof. Bij het verduurzamen van woningen biedt waterstof dus zeker mogelijkheden.

Vervoer

Momenteel zijn er al auto’s die rijden op waterstof. Tijdens het rijden stoten deze auto’s geen CO2 uit, net als auto’s die elektrisch rijden. Er moet echter wel gezegd worden dat elektrische auto’s veel efficiënter omgaan met energie. Want een waterstof auto heeft wel drie keer zo veel energie nodig om hetzelfde aantal kilometers af te leggen als een elektrische auto.

Maar waterstof kan vooral goed gebruikt worden als het gaat om het verduurzamen van treinen, bussen en vrachtauto’s. Want wanneer we deze voertuigen elektrisch zouden willen laten rijden, zou hier een enorm grote batterij voor nodig zijn. Zo’n enorme batterij zou niet rendabel zijn. Vandaar dat waterstof een uitstekend alternatief zou zijn voor dit soort zware vervoersmiddelen.

Industrie

In de industrie wordt waterstof al veel gebruikt. Echter, het gebruik blijft momenteel nog vooral beperkt tot het maken van chemische producten. Maar de verwachtingen zijn dat waterstof ook als energiedrager een functie kan vervullen in de industrie. Waterstof kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor productieprocessen waar hoge temperaturen nodig zijn. Deze temperaturen worden nu voornamelijk bereikt door steenkool te verbranden. Vooral de groene en blauwe variant van waterstof kunnen hier dus een duurzaam alternatief voor bieden.