Waterstof: een duurzame oplossing voor de toekomst
Waterstof wint steeds meer terrein als een alternatieve, duurzame energiebron voor aardgas. Maar wat is waterstof precies? Hoe wordt energie uit waterstof geproduceerd? En welke diverse toepassingen heeft waterstofenergie? In dit artikel gaan we hier verder op in.
Wat is waterstof?
Waterstof is het meest voorkomende element in het universum. Het komt zelden voor in pure vorm op de aarde en het staat erom bekend dat het licht en erg ontvlambaar is. Waterstof is geen energiebron, maar een energiedrager. Het kan dus energie met zich meedragen, maar produceert geen eigen energie. Deze energie komt pas vrij bij de verbranding van de waterstof.
Waterstof is volledig kleur- en geurloos en kan daarom niet met het blote oog worden waargenomen. Waterstof wordt vaak beschouwd als een alternatieve energiebron voor traditionele fossiele brandstoffen zoals steenkool, aardolie en aardgas. Het wordt ook gezien als een alternatief voor elektriciteit opgewekt uit niet-hernieuwbare bronnen zoals steenkool- of gasgestookte centrales. Een belangrijk voordeel van waterstof, ten opzichte van fossiele brandstoffen, is dat het bij verbranding geen schadelijke emissies produceert die bijdragen aan luchtvervuiling en klimaatverandering.
Om waterstof te produceren, heb je een proces nodig dat watermoleculen (H2O) splitst in waterstofgas (H2) en zuurstofgas (O2). Er zijn verschillende methoden om waterstof te produceren. Elke methode heeft zijn eigen voor- en nadelen op het gebied van kosten, efficiëntie, schaalbaarheid en milieu-impact. De keuze van de productiemethode hangt vaak af van factoren zoals de beschikbaarheid van grondstoffen, de kosten van energie en de gewenste schaal van productie.
Stoomreforming van aardgas
Dit is momenteel één van de meest gebruikte methoden voor de industriële productie van waterstof. Aardgas (methaan) reageert met stoom bij hoge temperaturen en drukken, waarbij waterstof en kooldioxide worden geproduceerd.
Elektrolyse van water
Elektrolyse is een proces waarbij elektrische stroom wordt gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Dit kan worden gedaan met behulp van een elektrolyser, waarbij water wordt geïoniseerd in waterstof en zuurstof door een elektrische stroom. Als de elektriciteit afkomstig is van hernieuwbare bronnen zoals zonne- of windenergie, kan waterstofproductie via elektrolyse als een milieuvriendelijke optie worden beschouwd.
Thermolyse
Dit proces omvat het splitsen van water bij hoge temperaturen zonder het gebruik van elektriciteit. Thermolyse maakt gebruik van warmte om water direct in waterstof en zuurstof te ontleden.
Biologische productie
Sommige micro-organismen kunnen waterstof produceren als een bijproduct van hun metabolisme. Biologische waterstofproductie is een actief onderzoeksgebied, maar het is nog niet op grote schaal toegepast.
Welke verschillende soorten waterstof zijn er?
Om de verscheidenheid aan waterstofsoorten te onderscheiden, worden kleuren ingezet. De kleuraanduidingen zijn bedoeld om de productiewijze en daarmee de mate van duurzaamheid aan te geven. Het spectrum van waterstofkleuren is breed, maar voor eenvoud hanteren we slechts drie kleuren: grijs, blauw en groen.
Grijze waterstof
Grijze waterstof is waterstof dat geproduceerd wordt met fossiele brandstoffen. Tijdens het produceren van de waterstof komt er CO2 vrij, die in de atmosfeer terecht komt. Daardoor is het de minst duurzame vorm van waterstofproductie. In Nederland is het nu nog de meest gebruikte methode omdat grijze waterstof de goedkoopste productievorm is en de inzet veelzijdig is. Het is geschikt voor voertuigen en voor de industrie.
Blauwe waterstof
Blauwe waterstof is waterstof dat op dezelfde manier als grijze waterstof wordt gemaakt, alleen wordt bij deze methode tot 90% van de uitgestoten CO2 afgevangen en onder de grond opgeslagen. Blauwe waterstof wordt gezien als een belangrijk onderdeel in de energietransitie.
Groene waterstof
Groene waterstof is de meest duurzame variant. Om groene waterstof te produceren is een duurzame energiebron nodig, zoals wind- of zonne-energie of waterkracht. Met deze groene stroom kan groene waterstof gemaakt worden. Deze energie wordt gebruikt om water (H₂O) via elektrolyse op te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Een duurzaam proces omdat er geen CO2 vrijkomt.
Waterstof en curtailment
Waterstof wordt steeds meer erkend als een veelbelovende energiedrager voor de toekomst, vooral met het oog op het efficiënt beheren van overschotten aan hernieuwbare energie. Wanneer er een overvloed aan elektriciteit wordt geproduceerd, zoals bij piekuren van zonne- of windenergie, kan er een fenomeen optreden dat bekend staat als curtailment, waarbij de overtollige elektriciteit niet efficiënt kan worden benut of opgeslagen. Dit is waar waterstof in beeld komt. Via elektrolyse kan overtollige elektriciteit worden gebruikt om water te splitsen in zuurstof en waterstofgas. Dit waterstofgas kan vervolgens worden opgeslagen en later worden ingezet als een schone brandstof voor verschillende toepassingen, waaronder transport, industrie en energieopwekking. Door waterstof te produceren tijdens periodes van overaanbod aan elektriciteit, wordt curtailment verminderd en wordt de efficiëntie van hernieuwbare energiebronnen verhoogd, waardoor een duurzamere energievoorziening mogelijk wordt.
Het opslaan van waterstof
Een groot voordeel van waterstof is de mogelijkheid om het op te slaan. Er zijn verschillende methoden om dit te doen. De vorm van waterstof speelt hierbij een cruciale rol. Wanneer het in gasvorm verkeert, wordt het anders opgeslagen dan wanneer het vloeibaar is. Waterstofgas wordt bijvoorbeeld opgeslagen in hogedrukvaten. Grotere hoeveelheden waterstofgas kunnen worden opgeslagen in oppervlakteopslagplaatsen, zoals lege gasvelden of zoutgrotten. Daarnaast kan waterstof ook als vloeistof worden opgeslagen. Hiervoor moet het echter eerst worden afgekoeld tot onder de -252°C. Een voordeel hiervan is dat er meer vloeibare waterstof in een opslagtank past dan in gasvorm, maar het koelingsproces vergt wel veel energie.
De toekomst van waterstof
Bij ENGIE geloven wij in de cruciale rol die waterstof speelt in de energietransitie. Als onderdeel van ons streven naar duurzaamheid verduurzamen we onze centrales en hebben we HyNetherlands ontwikkeld, een groene waterstofketen in het noorden van Nederland. Daarnaast denken we actief mee over de verduurzaming van de luchtvaartsector en hebben we bijgedragen aan een pilotproject voor de allereerste waterstoftrein in Nederland.
