Wat is Waterstof Precies? | Wat maakt het Interessant?

Waterstof is een stof die bij vele mensen te binnen schiet wanneer het gaat over het klimaat, duurzame energie en de toekomst van brandstof. Wil je meer te weten komen over wat waterstof precies is, en hoe het wordt gebruikt? Lees dan dit artikel!

Wat is Waterstof Precies?

Wanneer we praten over waterstof, praten we over een molecuul dat bestaat uit twee waterstof atomen (H₂). Dit atoom is het kleinste, meest voorkomende element in het universum (bron). Op aarde bevat zo’n 70% van alle moleculen een of meer waterstofatomen. Een voorbeeld hiervan is water, wat bestaat uit 2 waterstof atomen en één zuurstof atoom (H₂O). Suiker (glucose) bevat zelfs 12 waterstof atomen (C₆H₁₂O₆).

Een waterstof atoom is opgebouwd uit 1 proton en 1 elektron dat om het proton heen beweegt. Een waterstof molecuul bestaat dus in totaal uit 2 protonen en 2 elektronen. Het is een onschadelijk, reukloos en kleurloos gas. In gasvorm heeft het een lage dichtheid, maar wanneer het onder hoge druk wordt gebracht krijgt waterstof een hoge energiedichtheid. Pas wanneer het tot -253°C wordt afgekoeld wordt het gas vloeibaar. Onder hogere druk zal deze temperatuur hoger worden.

Hoe wordt Waterstof gemaakt?

Waterstof kan met verschillende technieken gemaakt worden. Een van de veelbelovende technieken is elektrolyse. Dit is een proces waarbij een water molecuul (H₂O) wordt gesplitst in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂) met behulp van elektriciteit. Zoals je kunt zien in onderstaande reactievergelijking komt er tijdens het productieproces geen CO₂ vrij.

Naast elektrolyse kan waterstof ook worden opgewekt met Steam methane reforming (SMR), Autothermische reforming (ATR) en Partial oxidation (POX). Op dit moment is SMR de goedkoopste en meest gebruikte manier van opwekken. Maar het nadeel is dat hierbij verhit moet worden tot 900°C en daarbij CO₂ vrij komt.

Het interessante aan elektrolyse is dat het de mogelijkheid biedt om groene waterstof op te wekken. Op dit moment is vrijwel alle waterstof in Nederland nog grijze waterstof. Om waterstof een impact te laten hebben op de klimaatdoelen en verduurzaming van Nederland zal een groot deel van de grijze waterstof moeten worden omgezet tot groene of blauwe waterstof.

Grijze, Blauwe en Groene Waterstof

Grijze waterstof wordt geproduceerd door aardgas te gebruiken in SMR. Dit proces is zeer gebruikelijk, maar het resulteert in een aanzienlijke CO2-uitstoot, waardoor het niet als duurzaam kan worden beschouwd.

Blauwe waterstof wordt ook uit aardgas geproduceerd, maar met een belangrijk verschil. Hier wordt de CO2 die vrijkomt bij het proces opgevangen en ondergronds opgeslagen, waardoor de CO2-uitstoot sterk wordt verminderd. Hoewel blauwe waterstof duurzamer is dan grijze waterstof, is het nog steeds afhankelijk van fossiele brandstoffen.

Groene waterstof daarentegen wordt geproduceerd door elektriciteit te gebruiken wat afkomstig is uit hernieuwbare bronnen, zoals zonne- of windenergie, waardoor groene waterstof een zeer duurzame energiebron is.

Groene waterstof heeft het potentieel om een sleutelrol te spelen in de energietransitie naar een koolstofarme samenleving. Door gebruik te maken van duurzame elektriciteit om duurzame waterstof te produceren, kunnen we fossiele brandstoffen vervangen in verschillende sectoren, zoals transport, industrie en verwarming.

Wat is de uitstoot van Waterstof?

De uitstoot tijdens de verbranding in bijvoorbeeld een verbrandingsmotor is in alle gevallen nul tot zeer laag. Wat er namelijk vrijkomt is het stofje waaruit het ook is gemaakt: water. Waterstof is brandbaar wanneer met een juiste hoeveelheid zuurstof in contact wordt gebracht en er is daarnaast een vlam voor nodig. De reactievergelijking is als volgt:

Om de uitstoot in kaart te brengen moet vooral gekeken worden naar de uitstoot tijdens de productie, maar ook naar de opslag en transport. Allereerst kun je kijken of het grijze, blauwe of groene waterstof is. Bij de productie van grijze waterstof wordt zo’n 9 tot 20 kilo CO₂ per kilo waterstof uitgestoten. Groene waterstof heeft geen CO₂ uitstoot en blauwe waterstof zit hier tussen in.

Het hoeft dus zeker niet zo te zijn dat alle waterstof goed is voor het milieu. Desondanks op dit moment het overgrote deel in Nederland grijs is, zijn er vele initiatieven vanuit de overheid om de capaciteit van groene waterstof uit te breiden. De verwachting is dat er in de komende jaren steeds meer groene waterstof geproduceerd zal worden, wat zal bijdragen aan het verminderen van onze totale CO₂ uitstoot.

Veiligheid van Waterstof

Waterstof is net zoals andere brandstoffen niet geheel ongevaarlijk. Er zullen altijd voldoende veiligheidsmaatregelen moeten worden toegepast. Hieronder staan de belangrijkste risico’s:

• Het is extreem brandbaar en heeft daardoor een verhoogd risico op brand (hoger dan bijvoorbeeld van aardgas).
• Omdat het een geur- en kleurloos gas is kan het zich ongemerkt ophopen in ruimtes.
• Wanneer opgeslagen onder hoge druk is de energiedichtheid hoog, waardoor een explosie erg krachtig kan zijn.

Momenteel zijn er verschillende instanties die samenwerken aan het waterstof veiligheid innovatie programma (WVIP) waarbij gewerkt wordt aan duidelijke richtlijnen en regels voor het veilig gebruik van het gas. De verwachting is dat het ook in de maatschappij in de toekomst veilig gebruikt kan gaan worden.

Opslag van Waterstof

Een andere cruciale factor voor het succesvol gebruik van waterstof is de opslag. Waterstof heeft een lage energiedichtheid per volume, wat betekent dat het veel ruimte inneemt in vergelijking met conventionele brandstoffen.

Het kan worden opgeslagen als gas onder hoge druk, vloeistof bij zeer lage temperaturen, of in chemisch gebonden vormen zoals ammoniak. Deze opslagmethoden hebben elk hun eigen voor- en nadelen en er wordt momenteel hard gewerkt aan het ontwikkelen van nieuwe technologieën voor efficiënte en veilige waterstofopslag.

Gebruik van Waterstof

Waterstof wordt momenteel vooral toegepast in de industrie. In Nederland wordt ongeveer 10 miljard m³ waterstof per jaar geproduceerd. Een groot deel hiervan wordt gebruikt als grondstof voor de productie van chemische stoffen, zoals ammoniak (37%) of voor de raffinage van aardolie.

Een andere toepassing staat nog in de startblokken, namelijk voor gebruik als brandstof voor personenauto’s of in de transportsector (vrachtwagens, scheepvaart, bussen). Een groot nadeel hiervan is dat er nog nauwelijks waterstoftankstations beschikbaar is om waterstof te tanken. Om dit te realiseren zullen grote investeringen gedaan moeten worden.

De Nederlandse overheid is van plan de productie en toepassing van hernieuwbare waterstof te stimuleren. Zo is er een routekaart met plannen en acties voor de komende jaren, en zijn er subsidies die worden uitgedeeld voor bijvoorbeeld innovatieve waterstofprojecten.

Een andere interessante toepassingen is om de overcapaciteit van windmolens en zonnepanelen in piekmomenten op het elektriciteitsnet op te vangen door dit in te zetten voor de productie van groene waterstof. Dit kan vervolgens gebruikt worden om elektriciteit op te wekken op momenten waarbij het bijvoorbeeld minder waait of zonnig is. Dit zorgt voor een stabieler elektriciteitsnet met minder pieken en dalen van duurzame vs. fossiele elektriciteit.

Toekomst van Waterstof

Met de groeiende aandacht voor duurzame energie en de behoefte om de CO2-uitstoot te verminderen, zal waterstof een belangrijke rol spelen als schone energiebron. Het kan helpen bij het verminderen van onze afhankelijkheid van olie, gas en kolen en het aanpakken van de klimaatverandering.

In de toekomst wordt verwacht dat waterstof een cruciale rol zal spelen in de energievoorziening van de industrie, transport en zelfs huishoudens. Het kan worden gebruikt als een alternatieve brandstof voor waterstofauto’s, verwarmingssystemen en energieopslag. Daarnaast kan het dienen als een buffer voor het elektriciteitsnet, waardoor het mogelijk wordt om fluctuaties in de vraag en het aanbod van elektriciteit beter op te vangen.

De Voor- en Nadelen

Nu we de meest belangrijke aspecten van waterstof hebben behandeld zullen we hieronder een overzicht geven van de belangrijkste voor- en nadelen.

Voordelen

• Hoge energiedichtheid, kan veel energie opslaan in een relatief klein volume.
• Waterstof kan ten opzichte van elektriciteit op een brede manier worden opgeslagen; niet gelimiteerd tot accu’s of batterijen welke ook slecht zijn voor het milieu.
• Ons huidige aardgas netwerk kan in de toekomst ook gebruikt worden om waterstof te transporteren.
• Het kan bijdragen aan het verduurzamen van de transport sector.

Nadelen

• Waterstof is voornamelijk interessant wanneer het groene waterstof is; deze soort is duur, kost veel tijd en nog enkel kleinschalig beschikbaar.
• Energie verlies tijdens de productie is zo’n 25%.
• Veiligheidsaspecten; hoge brandbaarheid en explosiegevaar.

De Rol van Waterstof in de Energietransitie

Waterstof speelt een cruciale rol in de energietransitie naar een koolstofarme samenleving. Het kan fungeren als een belangrijke schakel tussen duurzame energiebronnen en sectoren die moeilijk te decarboniseren zijn, zoals de industrie en het zware transport.

Door groene waterstof te produceren met behulp van duurzame elektriciteit, kunnen we CO2-uitstoot verminderen en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen. Het gebruik van waterstof als brandstof voor voertuigen kan de uitstoot van broeikasgassen in de transportsector drastisch verminderen.

Bovendien kan waterstof een cruciale rol spelen in energieopslag. Het kan fungeren als een buffer voor fluctuerende energiebronnen, zoals wind en zonne-energie, waardoor de stabiliteit en betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet worden verbeterd.

Conclusie

Waterstof is een veelbelovende energiedrager met talloze toepassingen in de huidige tijd en de toekomst. Het gebruik van waterstof kan een belangrijke bijdrage leveren aan duurzame ontwikkeling en het verminderen van CO2-uitstoot. Hoewel er nog uitdagingen zijn, zoals de opslag en veiligheid, zijn er actieve inspanningen om deze aan te pakken en de productie van groene waterstof op grote schaal mogelijk te maken.

Disclaimer: Deze blogpost bevat algemene informatie en is niet bedoeld als professioneel advies. Raadpleeg altijd een deskundige voor specifiek advies over energiebronnen en duurzame oplossingen.