De toepassingen van waterstof zijn divers: in de industrie, voor elektriciteitsproductie, als brandstof voor vrachtwagens en auto’s en voor de verwarming van gebouwen. Maar het is vooral de inzet voor transport en grootschalige opslag van duurzame energie die zorgt voor een potentiële sleutelrol in de energietransitie. “Slimme combinaties van elektriciteit en waterstof dragen bij aan een betaalbare en snelle overgang naar een duurzaam energiesysteem”, zegt hoogleraar Ad van Wijk.

Tekst: Hans Hajée

Er gaat bijna geen dag voorbij of er wordt een nieuw waterstofinitiatief aangekondigd, zo lijkt het. Een woonwijk in Hoogeveen met een eigen waterstofcentrale. De verkenning van transnationale businesscases voor groene waterstof in Nederland en Noordrijn-Westfalen. En Shell, Gasunie en Groningen Seaports die plannen aankondigen voor ‘s werelds grootste offshore windpark en Europa’s grootste waterstoffabriek in de Eemshaven. “Een wereld van verschil met een aantal jaren geleden”, zegt Ad van Wijk, hoogleraar Future Energy Systems aan de TU Delft. De tot 2021 uitgestelde Olympische Spelen in Japan worden - als ze doorgaan – een echte showcase voor waterstof. “Dat wordt ingezet voor transport van sporters en officials en voor de energievoorziening in het Olympisch dorp. De exposure die dit oplevert, draagt zeker bij aan het momentum voor waterstof.”

GRIJS, BLAUW, GROEN
Waterstof is een energiedrager die gemaakt kan worden uit fossiele energie zoals gas of kolen, maar ook uit duurzame energiebronnen zoals zon of wind. “De in chemie en petrochemie gebruikte waterstof wordt gewonnen uit aardgas waarbij CO2 vrijkomt. Dat noemen we grijze waterstof”, aldus Van Wijk. “Als deze CO2 wordt afgevangen en opgeslagen in bijvoorbeeld lege gasvelden, is sprake van blauwe waterstof. Ontstaat waterstof door elektrolyse waarbij water met behulp van elektriciteit wordt gescheiden in waterstof en zuurstof en deze elektriciteit is afkomstig van zon en wind, dan is dat groene waterstof. Via een omgekeerd proces, de brandstofcel, kan weer elektriciteit worden gemaakt door samenvoeging van waterstof en zuurstof uit de lucht.”

HINDENBURG
Als het gaat om veiligheid wordt vaak gerefereerd aan de brandende Hindenburg in 1937. “Die zeppelin was gevuld met waterstof. Maar dat is extreem licht en stijgt met 72 km/uur op. Dus toen de Hindenburg openscheurde, vervloog de waterstof razendsnel. Wat brandde, was het omhulsel.” Net als bij elke vorm van energie en energieopslag zijn er ook bij waterstof risico’s. “Maar het is zeker zo veilig, zo niet veiliger dan aardgas. Zo komt bij verbranding van waterstof nooit koolmonoxide vrij.”

VERVANGER VAN AARDGAS
Zoals de Hindenburg illustreert, is de inzet van waterstof allesbehalve nieuw. “In de industrie wordt het al lange tijd bij verschillende processen gebruikt. Denk aan de productie van ammoniak en in raffinaderijen.” Maar de mogelijke toepassingen zijn veel diverser, bijvoorbeeld in de gebouwde omgeving. “Waterstof kan prima dienen als – gedeeltelijke – vervanger van aardgas. Een verwarmingsketel die werkt op waterstof is vergelijkbaar met de aardgasvariant die we nu gebruiken. Ook een brandstofcel die elektriciteit én warmte maakt, kan in de toekomst interessant zijn voor woningen. In Japan wordt deze al toegepast.”

ZWAAR TRANSPORT
Voor vervoer is waterstof eveneens een mogelijke brandstof. “In feite is dit ook een vorm van elektrisch rijden. In plaats van dat stroom uit een accu komt, wordt deze met een brandstofcel gemaakt uit water- en zuurstof.” Waterstof wordt nu nog vooral ingezet voor zwaar transport. “Als je dit met batterijen wilt doen, zijn er daar zoveel van nodig dat de gewichtstoename een bottleneck wordt. Tanken van waterstof gaat veel sneller dan opladen en de actieradius is groter. Cruciaal voor bussen, trucks en schepen.”

WISPELTURIGE OVERHEID
Ook voor personenauto’s kan waterstof een interessant alternatief zijn. “Een dekkende infrastructuur is dan een vereiste. In ons land zijn er amper waterstofstations. Er is wel een subsidieregeling maar van een echte aanjaagrol van de overheid is geen sprake.” In Duitsland is dat heel anders. “In een consortium met grote benzinemaatschappijen realiseert de overheid daar tot 2023 een netwerk van 400 waterstoftankpunten. Dit zal voor een enorme impuls zorgen. Begin februari 2020 waren er al 82 operationeel.” Bij nieuwe energiesystemen is regie van de overheid essentieel, benadrukt Van Wijk. “Duitsland voert al tientallen jaren een consistent beleid. Onze overheid is veel wispelturiger. Daar is nog veel te winnen.”

EUROPA EN DE EVENAAR
Wellicht de grootste potentiële impact heeft waterstof als energiedrager. “Een vat olie of kuub gas heeft overal ter wereld dezelfde energie-inhoud. De energieopbrengst van zon en wind daarentegen verschilt sterk per locatie. Rond de evenaar leveren zonnepanelen het hele jaar door eenzelfde hoeveelheid energie, twee tot drie keer zoveel als in Europa. Bovendien is in grote delen van Europa de energievraag hoog als de opbrengst van zonnepanelen laag is. Opslag van energie in batterijen is kostbaar en niet mogelijk voor een langere periode. Daarom moeten we andere oplossingen zoeken voor de ambitie om volledig over te schakelen op groene energie. Met waterstof kun je zon- en windstroom over grote afstanden transporteren en opslaan, bijvoorbeeld in zoutkoepels. Daar slaan we ook al tientallen jaren aardgas in op. Voor het transport kan het bestaande gasleidingennet worden gebruikt. Vervolgens kan waterstof na omzetting worden ingezet voor de eerdergenoemde toepassingen: industrie, elektriciteitsproductie, vervoer en de verwarming van gebouwen.”

UTOPIE
Dat een klein en dichtbevolkt land als Nederland zelf in haar duurzame energievoorziening kan voorzien, is een utopie. “We importeren nu al meer dan de helft van onze energie. In 2018 werd Nederland zelfs voor het eerst netto-importeur van aardgas. Het is simpelweg onmogelijk om alle benodigde groene energie hier op te wekken. Kijk naar de grote weerstand die er nu al is tegen windmolens en zonneparken. Daarom zullen we ook duurzame energie van buiten ons grondgebied moeten betrekken. Bijvoorbeeld van grootschalige windparken ver weg op de Noordzee. Als de daarmee opgewekte energie omgezet wordt in waterstof, kan dat via bestaande gasleidingen op zee aan land worden gebracht en verder gedistribueerd.”

VLUCHTELINGENSTROOM
Als het gaat om de zon als energiebron ziet Van Wijk grote mogelijkheden in Noord-Afrika. “De Sahara is twee keer zo groot als heel Europa, dunbevolkt en met ideale omstandigheden voor zonne-energie. Na omzetting in waterstof kan de daar opgewekte energie via tankers of – deels al bestaande – gasleidingen naar Europa worden vervoerd.”