Waterstofeconomie

Een waterstofeconomie is een mogelijk toekomstige economie waarbij diwaterstof de belangrijkste energiedrager is. Dit in tegenstelling tot de huidige economie waar fossiele brandstoffen de belangrijkste energiedragers zijn. Waterstof is drager van energie, geen energiebron: het moet met bijvoorbeeld elektriciteit worden geproduceerd. Waterstof kan als een klimaatneutrale brandstof worden ingezet, in het bijzonder om warmte te genereren, maar ook om waterstofvoertuigen mee aan te drijven.

De waterstofeconomie is een mogelijke manier om het gebruik van fossiele brandstoffen uit te faseren en de opwarming van de Aarde te beperken. Bij de verbranding van waterstofgas komt namelijk alleen water vrij en geen CO₂. Waterstof werd in 2019 vooral gebruikt als industriële grondstof, bijvoorbeeld voor de productie van ammoniak, methanol en voor raffinage van aardolie.

Waterstofgas komt niet in natuurlijke reservoirs voor. Waterstof die de industrie gebruikt wordt vrijwel altijd door middel van stoomreforming geproduceerd en wordt in mindere mate wordt uit de elektrolyse van water gewonnen. Een cruciale voorwaarde voor de duurzaamheid van de waterstofeconomie is dat productie van waterstof duurzaam verloopt. Dit houdt in dat men gebruik moet maken van groene stroom. Bij conventionele technieken als stoomreformatie is CO₂ vaak een bijproduct.

Het is in theorie om een energietransitie naar een duurzame economie te realiseren en de uitbreiding van duurzame energiebronnen in de bestaande energie-infrastructuur te integreren ook mogelijk om methaan of methanol in plaats van waterstof als energiedrager te gebruiken, maar de praktijk is nog nergens de techniek zo ver gevorderd, dat die op grote schaal kan worden toegepast.

Waterstof als energiedrager werkt als volgt. Water wordt in waterstofgas en zuurstofgas gesplitst, maar daar is energie voor nodig. Daardoor is waterstof geen energiebron, maar een energiedrager. Het hoogst haalbare energetisch rendement is hierbij ongeveer 65 %. Waterstof kan in kerncentrales worden geproduceerd door stoom tot meer dan 1800°C te verhitten, zodat het door thermolyse in zuurstof en waterstof splitst of op minder hoge temperatuur door hogetemperatuurelektrolyse. Hogetemperatuurelektrolyse is efficiënter dan traditionele elektrolyse bij kamertemperatuur.

De verkregen waterstof kan worden opgeslagen en vervoerd en op een andere tijd en plaats als energiebron worden gebruikt. Het kan voor elektriciteitsopwekking met brandstofcellen worden ingezet, voor verwarming of als brandstof zoals in de waterstofboot.

Het invoeren van een waterstofeconomie wordt als een oplossing gezien voor het probleem dat het aanbod van duurzame energiebronnen sterk varieert in de tijd. Een waterstofeconomie is alleen milieuvriendelijk en duurzaam als de energie die in eerste instantie wordt gebruikt om het waterstofgas te vormen ook op een duurzame manier is opgewekt. Als hiervoor zonne-energie wordt gebruikt, zouden ontwikkelingslanden een belangrijke rol kunnen gaan spelen in de wereldeconomie als exporteurs van zonne-energie waarbij waterstof de energiedrager vormt.

Het belangrijkste probleem voor de waterstofeconomie is de opslag en het transport van waterstof. De energie-inhoud van waterstof per molecuul diwaterstof is laag in vergelijking met bijvoorbeeld propaan. Omdat het volume van een gas alleen door het aantal moleculen wordt bepaald en niet door de afmeting en de massa van de moleculen is de energiedichtheid van waterstofgas onder standaardomstandigheden laag. Oplossingen worden gezocht in de volgende richtingen:

• Waterstofopslag in een waterstoftank onder druk (350 of 700 bar)
• Opslag van vloeibare waterstof bij extreem lage temperatuur, zoals in een thermosfles
• Chemische binding in de vorm van methanol of ammoniak
• Opslag in nanobuisjes
• Opslag in metaalhydrides, bijvoorbeeld in lithiumaluminiumhydride
• Ondergrondse waterstofopslag is de praktijk van de opslag van waterstofgas in ondergrondse grotten, zoutkoepels en uitgeputte olie- en gasvelden.
• Mierenzuur is een andere mogelijke energiedrager. Door CO₂ uit de atmosfeer bij het waterstofgas te voegen ontstaat mierenzuur HCOOH, wat bij kamertemperatuur vloeibaar is en niet ontvlambaar. Door een katalysator van ijzer wordt het mierenzuur opnieuw in waterstofgas omgezet. Het restproduct is de CO₂ die wordt gebruikt om het waterstofgas in mierenzuur om te zetten. Het proces is dus CO₂-neutraal.^[1]

• Er is in verschillende steden in Europa met de brandstofcelbus gereden.^[2]
• President George W. Bush van de Verenigde Staten heeft na de aanslagen op 11 september 2001 aangekondigd een groot deel van het Amerikaanse budget voor duurzame energie naar onderzoek met betrekking tot de waterstofeconomie over te hevelen. Dit moest de afhankelijkheid van de OPEC verminderen.
• Bij de transitie van fossiele brandstof naar renewables moeten de laatsten concurreren met de relatief goedkope olie, kolen en gas. Daarom wordt gekeken naar mogelijkheden om in gebieden met veel wind en zon duurzaam gewonnen elektriciteit om te zetten naar waterstof.

Mediabestanden die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de pagina Waterstofeconomie op Wikimedia Commons.