Waterstofexpert Michiel Hickey (StartGreen): Waterstof is niet de 'silver bullet' van de energietransitie

Door: Michiel Hickey

Waterstof is niet de silver bullet van de energietransitie. Het is ‘een’ puzzelstukje in de volledige energietransitie-puzzel die we samen moeten leggen. Veel mensen zien in waterstof de ideale vervanger van fossiele brandstoffen, maar zo simpel is het niet. Waterstof is op zich namelijk geen brandstof; het is een energiedrager, een soort batterij in gasvorm.

Groot energieverlies conversies

Laat ik beginnen bij het begin: hoe maak je waterstof? De meest duurzame manier om waterstof te produceren, is met groene elektriciteit en water. Via elektrolyse splits je water in waterstof en zuurstof. Helaas gaat er flink wat energie verloren tijden het productieproces: de hoeveelheid energie die is opgeslagen in de waterstofmoleculen is 25 procent minder dan de energie die erin is gestopt voor de productie. Als je vervolgens de waterstof omzet in water, komt er energie vrij. Maar ook in dat proces verlies je weer energie. 1 joule energie levert uiteindelijk – na deze twee conversies – 0,37 joules op. Desondanks is de toepassing van waterstof interessant genoeg om te onderzoeken, bijvoorbeeld om vraag en aanbod in het elektriciteitsnet te balanceren.

Grote voordelen

Op zich is het logisch dat veel mensen waterstof zien als hét toverwoord in de klimaatcrisis. Waterstof kan namelijk breed toegepast worden: voor verwarming, om elektriciteit in op te slaan, maar ook als duurzaam alternatief in chemische processen, zonder CO2-uitstoot. Verder heeft het een veel hogere energiedichtheid (joule per kg) dan batterijen: maar liefst een factor 236 hoger. Bovendien zijn er theoretisch onbeperkte grondstoffen om waterstof te produceren: je hebt alleen water en elektriciteit nodig.

Comprimeren noodzakelijk

Wat toepassing lastig maakt, is dat waterstof weliswaar de hoogste energiedichtheid per kilogram heeft van alle elementen in het universum, maar ook een van de laagste energiedichtheden per kubieke meter. Waterstof is een gas met maar heel weinig moleculen in een bepaald volume. Dit probleem kun je verhelpen door het A) te comprimeren: daarmee prop je meer moleculen in hetzelfde volume, B) heel flink te koelen, waardoor de moleculen minder ruimte innemen en je meer moleculen in hetzelfde volume krijgt of C) allebei.

Kritisch toepassen

Waterstof wordt nu nog beperkt opgewekt. Dat komt vooral doordat het nu nog heel duur is om waterstof te maken; vooral groene waterstof is duur. Op dit moment wordt wereldwijd nog ruim 90 procent van alle waterstof fossiel geproduceerd. Bovendien is er nog geen infrastructuur voor opslag- en transport.

We moeten ons bij elke toepassing blijven afvragen of het energetisch de meeste efficiënte oplossing is en er geen logisch, duurzaam alternatief is. Het heeft immers weinig zin om een enorme capaciteit aan duurzame energie te gebruiken voor de opwek van waterstof, terwijl we die ook direct kunnen gebruiken. We moeten waterstof daarom alleen inzetten waar verduurzaming heel lastig is, zoals in de staalindustrie. De stichting Natuur & Milieu helpt die keuzes te maken met een ‘waterstofladder’: een rangorde van zinvolle toepassingen van groene waterstof.

Waterstofladder

Waterstof als buffer

Balancering van het elektriciteitsnetwerk, dus waterstof gebruiken als buffer voor het elektriciteitsaanbod, staat in de ladder op een tweede plaats. We willen steeds meer elektriciteit duurzaam opwekken, alleen zijn die duurzame opwekmethodes afhankelijk van zon en wind. Daardoor fluctueert de opwek heel sterk, terwijl vraag en aanbod steeds moeilijker op elkaar aan te sluiten zijn. Netcongestie speelt hierin ook een belangrijke rol. We zoeken naar slimme manieren om verschillen tussen aanbod en vraag te verkleinen. Waterstof kan daarin een uitkomst bieden.

Niet voor personenauto’s, wel voor vrachtverkeer

Personenauto’s kunnen nu nog beter op een batterij rijden dan op waterstof. Om op waterstof te kunnen rijden, moet je het heel zwaar koelen en/of onder hoge druk brengen. Om de elektriciteit uit waterstof te halen, moet je auto’s uitrusten met een brandstofcel. Terwijl elektrisch rijden supergoed werkt. Door steeds betere batterijen wordt de actieradius steeds groter en ligt die nu al tussen de drie- en vierhonderd kilometer. Ook de ontwikkeling van de laad-infrastructuur is in Nederland al vergevorderd.

Vrachtwagens die lange afstanden moeten afleggen, kunnen nu nog niet op een batterij rijden. Ook ander zwaar transport, zoals graafmachines en schepen, is moeilijk te elektrificeren. Daarom is het voor vrachtverkeer en zwaar transport dan weer wél een goede oplossing.

In de tabel hieronder zie je hoeveel kilo brandstof er ongeveer nodig is om van Amsterdam naar Eindhoven te rijden in een gemiddelde personenauto en hoeveel liter dat in niet-gecomprimeerde toestand zou kosten. Zoals je ziet, heb je maar heel weinig waterstof (in kilo’s) nodig, maar neemt waterstof in niet-gecomprimeerde toestand een veel groter volume in dan de andere brandstoffen.

Voor vliegtuigen nog niet

Voor vliegtuigen wordt waterstof in de toekomst ook een goede oplossing. Vliegen op batterijen zit er voorlopig niet in en waterstof is een redelijk alternatief. Momenteel zijn vliegtuigbouwers hard bezig vliegtuigen geschikt te maken voor waterstof. Dat duurt nog wel even: zo rond 2050 kunnen we naar verwachting met grotere vliegtuigen op waterstof vliegen. Nu is het nog makkelijker om milieuvriendelijker alternatieven voor kerosine te gebruiken, zoals synthetische kerosine op basis van frituurvet en andere afvaloliën.

Transitie versnellen

De waterstofladder is een goed instrument, maar vooral voor later, wanneer er voldoende aanbod is. Op dit moment in de waterstoftransitie moeten we ons in mijn optiek vooral richten op 1) het volwassen en daarmee goedkoper maken van de technologie 2) de waterstof-infrastructuur op gang helpen en het belangrijkste: 3) zowel vraag als aanbod stimuleren, aangezien er zonder vraag geen aanbod is en andersom.

Aanbod vergroten

Gelukkig wordt er momenteel ook hard gewerkt aan een groter aanbod. Om dat te bereiken wordt veel onderzoek gedaan, vooral naar opslag en conversie. Nederland wil hier een leidende rol in spelen en heeft een Routekaart Waterstof. Deelnemers zijn nu nog vooral grote projecten van honderden megawatts. De overheid en de EU stellen serieuze subsidiebedragen ter beschikking, ook voor kleinere projecten.

Zonder ei geen kip

Mijn persoonlijke fascinatie voor waterstof gaat terug tot de middelbare school, daar deed ik al mijn profielwerkstuk over waterstof. Toch zitten we anno 2023 nog echt aan het begin van een technologische ontwikkeling. Het duurt nog wel even voor we die breed kunnen toepassen. Op dit moment is zowel vraag als aanbod nog heel beperkt, maar zonder vraag geen opwek. Daarom is in dit stadium ieder initiatief mooi meegenomen. Het is het kip-eiverhaal: je moet vraag én aanbod creëren om de infrastructuur op gang te krijgen.

Deze blog is eerder in iets andere vorm op Startgreen verschenen.