Waterstof: Tussen hoop en vrees

20.10.2022 Jos Blom

Waterstof: Tussen hoop en vrees

Waterstof geeft veel stof tot discussie. Het wordt gezien als de energiedrager van de toekomst, maar ook als een methode van de oude olie- en gassector om nog even flink te vangen. Wat moeten we nu met waterstof – het kleinste atoom die we kennen? Het komt in zuivere vorm als H2 amper voor op aarde, maar is als atoom in moleculen massaal aanwezig zoals in water, aardgas, suiker en benzine.

Zon-PV groeit overal zo snel dat stroom netwerken dit niet meer aan kunnen. Het omzetten naar chemische energie voor opslag en transport lijkt dan logisch. De meest populaire vorm is water splitsen in zuurstof en waterstof iets wat de natuur middels fotosynthese al miljarden jaren doet.

Zuivere H2 is moeilijk op te slaan en te vervoeren. Het moet gecomprimeerd worden onder druk om enig energie inhoud te krijgen, lekt snel weg en is gevaarlijk vanwege ontploffingsgevaar. De natuur was wel zo slim om waterstof verder te koppelen tot moleculen om zo bouwstoffen  en energievoorraden te maken.   

Aanmaak en gebruik waterstof
De aanmaak van H2 gebeurt meestal door aardgas of langere koolstofketens te kraken waarbij vaak CO2 vrijkomt. Gebruik is nu als grondstof en tussenproduct in de chemie, olieraffinage en staal waar grote hoeveelheden in tijd en volume de norm zijn om processen efficiënt te laten verlopen.

Duurzame H2 kan gemaakt worden uit biomassa, duurzame stroom of door in het klassieke proces de CO2 af te vangen. Biomassa moet je eigenlijk niet willen gebruiken voor energie. CO2-afvang na aardgaskraken is natuurlijk een speeltje van de olie- en gassector. Helaas veel te duur en zeker niet goed voor het klimaat vanwege te veel aardgas lekkage in de hele keten. Dus blijft duurzame stroom over.

Thermodynamica
Een handvat in de complexe chemische wereld zijn de warmte verliezen die optreden in al deze chemische reacties. Van stroom waterstof maken levert al snel 30 procent verlies op. Comprimeren en opslaan van zuiver H2 in een vat kost nog 15 procent extra. Het laten reageren met stikstof of koolstof kost ook al gauw 15 procent, hoewel deze vloeibare vormen veel goedkoper te vervoeren zijn.

Van H2 weer stroom maken kost weer 50 procent verlies aan warmte en zo houd je van stroom via H2 naar stroom maar een kwart van de stroomenergie over. Met een batterij heb je maar 10 procent verlies, vandaar dat batterijauto’s succesvol zijn. Toch wordt dit verhaal anders als je ruimer kijkt.

In een PEM-brandstofcel komt warmte vrij van rond 70 graden Celsius, perfect voor ruimteverwarming. Ik zie Nederland in de winter wel verwarmd worden met brandstofcellen waarbij de stroom die vrij komt welkom is omdat de PV dan weinig doet.

Helaas is Nederland niet ideaal voor H2-aanmaak uit stroom. De zon schijnt te weinig en we hebben hiervoor te weinig ruimte. Wind op zee is nu eenmaal duur, zelfs als Tennet de zeenetten aanlegt en aan iedereen (ook jij lezer) doorberekend. Daarom moet je waterstof maken op plekken in de wereld met veel ruimte, zon en wind zoals Chili, Marokko, Namibië, Californië en het Midden-Oosten. De grote lobby om H2 heeft een andere redenen: de stranded assets.

Stranded assets
Mooi voorbeeld is de Gasunie en gerelateerde bedrijven zoals NAM en EBN. Gasunie wil graag gas blijven vervoeren, maar aardgas loopt teneinde. De ombouw naar H2-transport is een weerbarstig thema, maar de politieke invloed van de gasbedrijven is nu eenmaal groot (kijk maar naar Groningen). Dus moet er H2 vervoerd gaan worden door pijpen.

Ten eerste naar de chemische clusters in Nederland waar vaak waterstof nodig of over. Deze zijn Botlek en Pernis bij Rotterdam, Chemelot bij Geleen, Delftzijl en Terneuzen. Het bizarre is dat er al lang een waterstofinfrastructuur is gelegd door Air Liquide tussen de meeste clusters, die van Rotterdam via Zeeland naar België en Frankrijk loopt. Als dit netwerk zonder overheid al groeit waarom al die moeite?

Wat dan wel?
In de hype rond waterstof worden nieuwe toepassingen bedacht, maar begin met de oude rommel op te ruimen. Dus geen waterstof auto’s, niet waterstof bijmengen bij aardgas of zuiver H2 in gasnetten. Ook niet zuivere waterstof voor verwarming van huizen, een warmtepomp is al gauw vijf keer effectiever, vooral als dit in combi met warmteopslag gebeurt.

Wel groene waterstof maken ter vervanging van huidige grijze. Daar zijn we nog een lange tijd mee bezig. En toch ook in de mobiele wereld maar dan voor de grote machines met veel draaiuren zoals vliegtuigen en zeeschepen. Maar dan niet in zuivere H2 vorm, maar in de vorm van moleculen die vloeistoffen vormen, zoals methanol en ammoniak, die makkelijk te vervoeren en op te slaan zijn. 

Tot slot een politiek moeilijk thema: Accepteer dat energie-intensieve industrie naar gebieden zal verhuizen die rijk zijn aan groene stroom.