Nog maar enkele tientallen jaren geleden dacht vrijwel “iedereen” dat de waterstofeconomie het helemaal zou gaan maken. Het was een beeld dat ontstond door een combinatie van wensdenken en onkunde. "Water is er immers genoeg, dus waterstof ook" dacht de leek. En de voorbodes waren er al. Minister president Balkenende reed weg in een vette BMW op waterstof en in Eindhoven reden de eerste bussen op waterstof.
“Men” had niet unaniem in het snotje dat waterstof helemaal nergens uit de grond kan worden opgepompt, maar eerst gemaakt moet worden.
Verschillende productiemethoden
Waterstof wordt al sinds jaar en dag (de kennis is van 1909) gemaakt uit aardgas ten behoeve van de kunstmestproductie. Onder hoge druk en temperatuur wordt methaan ontleed en vervolgens wordt stikstof omgezet tot ammonia. Ongeveer 95 % van alle waterstofproductie gebeurt in dit Haber-Bosch proces in vele kunstmestfabrieken op de wereld. Het is een reactie die veel fossiele energie vreet, veel CO2 uitstoot en vrij kostbare installaties vergt.
Ammonia is de basis voor kunstmest en kan vrij eenvoudig onder matige druk als vloeistof worden opgeslagen en wordt over de hele wereld met speciale schepen getransporteerd en in tanks opgeslagen. Je kunt zeggen dat ammonia al decennia lang fungeert als drager van waterstof.
Gezien de kollossale hoeveelheden kunstmestproductie zouden we dus kunnen zeggen dat de waterstof economie eigenlijk al lang bestaat. Een bijdrage aan de oplossing van het klimaatprobleem levert het echter helemaal niet. Integendeel de kunstmestproductie is één van de grotere boosdoeners. Op jaarbasis wordt er ongeveer 131 miljoen ton ammoniak geproduceerd.
De overige 5 % van de waterstofproductie ontstaat bij de chloorelektrolyse. Door stroom te leiden door pekel ontstaat behalve chloorgas waterstof als bijproduct.
Restanten voor transport
Door AKZO in Delfzijl en in Botlek en door Solvay in België wordt dit proces ook al decennia lang toegepast. Ook dit proces vreet fossiele energie. Door deze chloorfabrieken wordt waterstof gebruikt voor interne processen en wordt een restant waterstof verkocht voor gebruik in vooruitstrevende auto’s en bussen.
Daarnaast bestaan er nog diverse routes om waterstof te maken. De bekendste is de elektrolyse van water. Door gelijkstroom door water te leiden ontstaat waterstof en zuurstof. Met de waterstof kan dan via een brandstofcel weer elektriciteit gemaakt worden voor bijvoorbeeld de aandrijving van elektrische auto’s.
Het energierendement van elektrisch naar waterstof en weer terug is echter niet meer dan 50% en als je daar grijze stroom voor gebruikt wordt het rendement voor het totaal slechts 15 % of nog minder als je waterstof als vloeistof zou moeten transporteren onder extreem hoge druk of extreem lage temperatuur. Dat is erg weinig rendement en mede door de hoge prijs van de brandstofcellen was het concept niet concurrerend met benzine of het gebruik van grijze stroom via accu’s.
Ook duurzaam heeft nadelen
Door de snelle opkomst van stroom uit windturbines en PV panelen verandert het plaatje. Beide systemen hebben echter nadelen. Allereerst dat ze niet in grote hoeveelheid beschikbaar zijn op de plaats waar de energiegebruiken het grootst zijn en dus moet de elektriciteit via kostbare leidingen over lange afstanden getransporteerd worden. Zo is er op de Noordzee verschrikkelijk veel windstroom te produceren die bijvoorbeeld in Zuid Duitsland gebruikt moet worden. Of er is in Noord Afrika gigantisch veel zonnestroom te maken voor West Europa en in Australië is genoeg zonnestroom te maken voor Japan. De benodigde leidingen zijn echter enorm kostbaar.
Een tweede probleem is de discontinuïteit, ofwel dat de beschikbaarheid niet gegarandeerd is of gelijktijdig is met de vraag. Daarom moeten we op de één of andere manier energie gaan opslaan.
Het derde probleem is de prijs. Hoewel wind en zon gratis zijn, is de investering in windturbines en PV panelen een drempel voor investeerders die op korte termijn winst willen maken.
Professor Ad van Wijk van de TU Delft meent voor al deze problemen een oplossing te hebben.
Oplossingen
Ten eerste stelt hij vast dat stroom uit wind en zon tegenwoordig goedkoper zijn dan uit fossiele bronnen. Vervolgens stelt hij dat de energie efficiëntie van de elektrolyse om waterstof te maken verbeterd kan worden tot 70%. Op momenten dat er overmaat groene stroom is kunnen we dan waterstof gaan maken.
Het transporteren van waterstof kan op twee manieren. In West Europa kan dat na enige aanpassing via het omvangrijke netwerk voor aardgasleidingen. In andere delen van de wereld kan waterstof in de vorm van vloeibaar ammoniak via schepen getransporteerd worden. Dat zijn beide vormen van infrastructuur die al bestaan. Ammoniak kan via brandstofcellen weer in elektriciteit omgezet worden.
Tenslotte stelt hij dat waterstof veilig kan worden opgeslagen in zoutkoepels. Volgens van Wijk hoeven we dus niet van het gas af en hoeven we geen peperdure hoogspanningsleidingen aan te leggen en geen enorme pakketten met accu’s, maar moeten we de aardgasleidingen en de branders in onze kachels en kooktoestellen aanpassen. Onze auto’s kunnen of direct waterstof tanken via een gasleiding en via brandstofcellen elektrisch rijden, of de accu’s opladen doordat waterstof via brandstofcellen bij oplaadstations wordt omgezet in elektriciteit. De brandstofcellen zullen snel goedkoper worden, hoewel er nog een achterstand bestaat ten opzichte van de ontwikkeling van steeds betere en goedkopere accu’s.
Uiteraard kunnen we de kunstmestfabrieken volgens het Haber Bosch proces sluiten en duurzame waterstof omzetten in ammoniak.
Het laatste probleem is volgens van Wijk het overtuigen van politici dat dit concept vele malen beter en goedkoper is dan het importeren van Russisch gas of het bijstoken van hout in centrales of het kweken van koolzaad voor biodiesel. Wellicht is dit overtuigen van politici nog het lastigste probleem.
Han Blok
