In de negentiger jaren begon de wetenschap zich intensief met emissies te bemoeien. Binnen dertig jaar, zo droomt de politiek, zou de energiebalans CO2-neutraal moeten zijn. We zullen dus op zoek moeten gaan naar nog meer alternatieve energiebronnen. Kan waterstof hier een deel van de oplossing zijn? Deze vraag en de overtuiging dat waterstof een […]
In de negentiger jaren begon de wetenschap zich intensief met emissies te bemoeien. Binnen dertig jaar, zo droomt de politiek, zou de energiebalans CO2-neutraal moeten zijn. We zullen dus op zoek moeten gaan naar nog meer alternatieve energiebronnen. Kan waterstof hier een deel van de oplossing zijn?
Deze vraag en de overtuiging dat waterstof een deel van de oplossing kan zijn, houdt fabrikanten al jaren bezig. Accuaangedreven voertuigen zijn een oplossing voor korte verplaatsingen in een dichtbevolkte omgeving en op gesloten werven, maar voor lange trajecten en hogere vermogens zou waterstof een realistisch, haalbaar alternatief kunnen zijn.
Een toenemende elektrificering van verwarming (warmtepompen) en mobiliteit (elektrische voertuigen) gaat er onvermijdelijk toe leiden dat we meer stroom gaan moeten produceren en die bovendien uit hernieuwbare bronnen moeten halen. De digitalisering van onze samenleving gaat ook pakken elektriciteit vragen: datacenters slurpen energie en dat neemt van jaar tot jaar toe.
En zonder rekening te houden met wat er nog moet komen, is er ieder najaar opnieuw paniek om voldoende stroom te hebben om de winter door te komen. En ieder jaar moeten we als land stroom importeren. Als er in de toekomst nog een massa stroom naar elektromobiliteit (elektrische auto’s) zal gaan, stevenen we af op grote stroomtekorten. Stroomtekorten en stroomoverschotten doen zich in heel de Europese Unie tijdens dezelfde periodes in het jaar voor. De kans is dus vrij reëel dat onze buurlanden hun energiebehoefte eerst zelf willen afdekken vooraleer ze ons land van hernieuwbare stroom willen voorzien.
Om stroomtekorten en -overschotten af te vlakken hebben we een flexibel energieproductiesysteem nodig. Een deel daarvan kan de waterstofproductie uit hernieuwbare bronnen met seizoensgebonden opslag zijn. Onze eigen energieproductie volstaat niet om de totale elektrificering van verwarming en mobiliteit af te dekken, zelfs niet als we heel het land volzetten met zonnepanelen en windmolens. Bovendien zal de mate waarin er stroom kan worden geïmporteerd meebepalend zijn. Tot slot hebben synthetische brandstoffen en waterstof alleen dan zin als ze uit hernieuwbare energie zijn gemaakt.
Wat we zoeken, zijn dus aandrijfconcepten waarbij de specifieke mobiliteitsnoden met zo min mogelijk C02-uitstoot gepaard gaan. Insiders en specialisten geven aan dat een volledig C02-vrije mobiliteit zeker nog tientallen jaren een wensdroom blijft. Alleen al de productie van de voertuigen op hernieuwbare energie en de daarvoor noodzakelijke voorbereidingen veroorzaken C02-emissies. Ook de bouw en het onderhoud van installaties voor C02-vrije stroomopwekking leiden tot C0 -emissies.
Waterstof heeft in verhouding tot zijn massa een hoge energie-inhoud. Maar omdat echter zijn dichtheid met 0,089882 kg/m3 niet heel groot is, is de energie-inhoud in verhouding tot het volume zeer gering. De zelfontbrandingstemperatuur van waterstof ligt met 585°C ver boven deze van benzine of diesel, maar in tegenstelling tot deze brandstoffen heeft
waterstof een hoge klopvastheid. Waterstof voor de waterstofmotor kan ofwel vloeibaar (-253°C), sterk samengedukt (300 tot 700 bar) of in een chemische of fysische verbinding worden opgeslagen. Een direct gebruik van waterstof als brandstof voor voertuigen met verbrandingsmotoren is technisch haalbaar. Het rendement van een verbrandingsmotor op waterstof is echter lager dan dit van een brandstofcel die met waterstof wordt gevoed.
Een brandstofcel zet een chemische energiedrager (brandstof) in elektrische energie om. De chemische energiedrager is niet zoals een batterij vast ingebouwd, maar wordt – als het voertuig in bedrijf is – continu van buitenaf toegevoerd. Een brandstofcel bestaat uit elektroden die door een elektrolyt (ionenleider) van elkaar gescheiden zijn. De energie levert een reactie van zuurstof met de brandstof (bijvoorbeeld waterstof). Het rendement van een brandstofcel op waterstof ligt op 80%. Dat van een voertuig met een waterstofcel op 50% en als de waterstofproductie in het totale rendement mee opgenomen wordt dan ligt dit op amper 30%. Zelfs voor grotere afstanden kan binnen enkele minuten voldoende waterstof worden getankt, in tegenstelling tot batterijen die lange laadtijden nodig hebben. Een brandstofcel levert de stroom gelijkvormig af. Opdat piekbelastingen overwonnen kunnen worden heeft men daarbij een batterij nodig. Een brandstofcel die met waterstof gevoed wordt, veroorzaakt geen C02-emissie, maar het stroomverbruik voor de elektrolyse is hoog. De bouw van een tankstation voor waterstof kost ook handenvol geld.
Omdat de infrastructuur op dit moment nog ontoereikend is, zal het concept van waterstofgedreven mobiliteit zich nog niet zo snel doorzetten. De aankoopprijs van een voertuig op waterstof in vergelijking met die van een op gewone brandstof is nog veel te hoog. Bij hogere aantallen zouden voertuigen met waterstofcellen tegen een vergelijkbare kostprijs kunnen worden geproduceerd als elektrische voertuigen. Dan zijn ze wel nog steeds duurder dan een voertuig op conventionele brandstof. Productietechnisch kunnen elektrische voertuigen veel goedkoper verkocht worden dan nu het geval is, maar daar zullen de autoproducenten niet willen aan meedoen.
De kosten voor de productie van waterstof door elektrolyse hangen af van de mate waarin deze waterstof met accijnzen, btw en netstroomtransportkosten belast gaat worden. Conventioneel geproduceerde waterstof (dus op basis van aardgas of andere fossiele brandstoffen) voor een standaard verkrijgbare auto op de markt kent op dit moment een veel te hoge kostprijs. Met de huidige gekke brandstofprijzen is het moeilijk om hier een juist getal op te plakken. Het verbruik per 100 km ligt op ongeveer 0,8 kg. Er wordt van uitgegaan dat conventioneel opgewekte waterstof tegen 2030 ongeveer 30% goedkoper zal worden.
Wetenschappers onderstrepen dat batterij-elektrische voertuigen met eenzelfde actieradius over hun ganse levenscyclus gezien geen voordelen brengen op vlak van C02-emissies tegenover voertuigen op H2-brandstofcellen. Alleen de elektrische voertuigen met een batterijcapaciteit van minder dan 50 kW en een actieradius die stad en agglomeratie kan bestrijken, hebben bij de huidige Europese stroom- mix (voldoende aandeel groene stroom) een licht voordeel op vlak van C02-uitstoot.
Niet alleen de uitbouw van een productie voor voldoende waterstofvoorziening veroorzaakt hoge kosten. Wil deze technologie succes kennen dan moet er een degelijk gespreid en landdekkend netwerk van laadstations worden uitgebouwd. Dat vraagt investeringen, tijd en … C02.
De uitbouw van een private en openbaar toegankelijke laadinfrastructuur voor batterijaangedreven voertuigen is zich nu in versneld tempo aan het ontwikkelen. Een goed netwerk van snellaadstations met een grote investering in laadpalen en stroomvoorziening is een must om het elektrische verhaal op de rails te krijgen. Ook hier weer: dat vraagt investeringen, tijd en … C02.
Voor lange ritten en zware lasten zijn de elektrische voertuigen met de technologie die we nu kennen geen oplossing. Met synthetisch geproduceerde brandstoffen kunnen voertuigen met verbrandingsmotoren C0 -neutraal rijden. Omdat voor de productie van deze brandstoffen veel 2 omzettingsstappen moeten worden doorlopen, daalt het rendement van auto’s die op die manier worden aangedreven met tot zowat 13% van de energie die voor het rijden zelf kan worden benut.
De elektrificering van de mobiliteit, en daartoe behoort ook de productie van waterstof en synthetische brandstoffen, leidt tot een grotere behoefte aan stroom. Waterstofmobiliteit zal in de toekomst in concurrentie staan met accuaangedreven voertuigen, maar ook met voertuigen die op synthetisch vervaardigde brandstof rijden. Of het economisch haalbaar wordt, hangt af van het totale rendement van het aandrijfconcept met daarin vooral de kosten van de nodige infrastructuur, de impact van accijnzen, btw en andere taksen verrekend. Subsidies, belastingvoordelen of bepaalde privileges voor een bepaald aandrijfconcept zijn niet de juiste stimuli om een omslag te maken. Dat heeft de praktijk al meerdere malen bewezen.
Hoe kan waterstof worden gemaakt?
Het grootste gedeelte van de waterstof die nu verkrijgbaar is, wordt op een energieverslindende manier gemaakt. Iets meer dan 90% van al de waterstof in de wereld wordt gemaakt door reforming van aardgas of andere fossiele brandstoffen. De rest van de productie verloopt via elektrolyse en in mindere mate via nieuwe experimentele methoden zoals bijvoorbeeld een algen-bioreactor.
Waarvoor is waterstof een alternatief?
Waterstof kan aardgas of steenkool vervangen. Het kan worden geproduceerd door windmolens op zee of zonnepanelen in de woestijn of op het dak van gebouwen. De waterstof kan hier dan worden geproduceerd wanneer er bijvoorbeeld meer stroom wordt opgewekt dan er vraag naar stroom is. Waterstofgebruik zorgt niet voor C02-uitstoot en het ‘restproduct’ is schoner dan schoon, namelijk zuivere waterdamp.
Hoe werkt een brandstofcel op waterstof?
Over ‘t algemeen werkt een brandstofcel op waterstof, maar ze kan evengoed met methanol worden gevoed. Een brandstofcel is in principe te vergelijken met een batterij, omdat ze elektriciteit produceert door middel van een chemisch proces.
Waar kan ik waterstof tanken in België?
Zaventem, Halle en Wilrijk zijn op dit moment de drie publieke stations waar waterstof kan worden getankt. Verder zijn er enkele privé tankstations en is men bezig met de opbouw van nog drie extra stations in de driehoek Gent-Antwerpen-Brussel.
Bij welke industriële processen wordt er waterstof gebruikt?
Waterstof wordt al tientallen jaren toegepast in industriële processen. Bij de productie van ammoniak, zoutzuur, methanol en onverzadigde vetten en oliën wordt waterstof gebruikt. Er is dus al veel ervaring met de productie ervan. Ook het gebruik van waterstof in voertuigen is niet nieuw. Het is nu een kwestie van de waterstof te produceren met hernieuwbare energiebronnen en met een hoger rendement.