Waterstof is mogelijk de belangrijkste brandstof van de toekomst. Toch zijn er nog geen grote waterstofproducenten in Nederland, waarom niet?
Een geurloos, kleurloos en explosief gas. Industrie en politiek zijn het erover eens dat we deze stof, waterstof genaamd, in de toekomst meer en meer zullen gebruiken. Bijvoorbeeld om je huis te verwarmen of als brandstof voor je auto. De verbranding van waterstof veroorzaakt namelijk geen uitstoot van broeikasgassen, maar slechts waterdamp. Er zijn verschillende manieren om waterstof op grote schaal te produceren zonder CO2-uitstoot. Toch vindt het nog niet plaats.
Waterstof wordt op dit moment niet ‘groen’ maar ‘grijs’ geproduceerd. Het overgrote deel van de waterstofproducenten haalt het energierijke gas namelijk uit methaan, het belangrijkste bestandsdeel van aardgas. Dit gaat volgens een proces dat stoomreformatie heet. Producenten mengen hierbij het methaan (CH4) met waterdamp (H2O) bij hoge temperatuur. Met behulp van een katalysator zetten ze het gasmengsel om naar waterstofgas (H2) en koolstofdioxide (CO2).
Nikkel erin
Het brandbare gas kun je ook zonder CO2-uitstoot uit water maken. Dit gaat via een proces dat elektrolyse heet. Hierbij komt water onder een elektrische stroom te staan. Een katalysator splitst vervolgens de watermoleculen (H2O) in zuurstof (O2) en waterstof (H2), de elementen waar water uit bestaat. Als je voor dit proces groene stroom voor gebruikt, heb je groene waterstof. Deze techniek staat klaar voor gebruik, zegt Marc Koper, hoogleraar elektrochemie van de Universiteit Leiden, voor de webcam, “we weten hoe we het moeten doen.”
Een zogenaamde electrolyser maakt groene waterstofproductie op industriële schaal mogelijk. Commerciële electrolysers die hiervoor nodig zijn werken in een basisch milieu, legt Koper uit. Dit apparaat bevat een katalysator van nikkel om de watermoleculen te splitsen. Het is volgens Koper geen probleem dat er mogelijk veel van dat metaal nodig is wanneer de productie flink wordt opgeschaald. Nikkel is “qua prijs wel te doen,” zegt hij.
Maar er zijn meer technieken voor waterstofproductie zonder CO2-uitstoot . Bijvoorbeeld met een plasma. Hier werken onderzoekers in het Eindhovense instituut DIFFER mee. Net als bij stoomreformatie kun je met een plasma waterstof uit methaan halen. Maar in plaats van CO2 ontstaat er koolstof of een brandbare koolwaterstof als bijproduct.
Duurzame bliksem
“Denk bij een plasma maar aan bliksem,” zegt Richard van de Sanden. Als hoogleraar plasmafysica is hij betrokken bij DIFFER. “Bliksem is de ontlading tussen een positief geladen wolk en een negatieve aarde. Door de spanning ontstaat er een ontladingskanaal, dat is eigenlijk de bliksem. Die sluit de wolk en de aarde kort, waardoor de ladingen gelijk worden, en de wolk weer eventjes niet opgeladen is.”
“De koolstof die daarbij vrijkomt, gebruiken ze vervolgens als vulmiddel in autobanden of als materiaal om plastic geleidend te maken.”
Die bliksem is bruikbaar. Een ontladingskanaal kun je in een reactor opwekken door een spanningsverschil tussen twee oppervlaktes te maken. Door het spanningsverschil in stand te houden, verdwijnt het ontladingskanaal niet. De bliksem die dan in de reactor blijft bestaan, is het plasma. Als de reactor met methaangas gevuld is, maakt het plasma de methaanmoleculen (CH4) zo heet dat ze uit elkaar vallen. Dan ontstaan de elementen waar methaan uit is opgebouwd: waterstof (H2) en koolstof (C).
Werken met plasma’s voor waterstofproductie is een bekende techniek die sommige waterstofproducenten nu al op grotere schaal gebruiken, zegt Van de Sanden. “De koolstof die daarbij vrijkomt, gebruiken ze vervolgens als vulmiddel in autobanden of als materiaal om plastic geleidend te maken.” Zo kun je voorkomen dat er koolstofdioxidegas ontstaat, legt Van de Sanden uit. “Je slaat het koolstof op in materialen die wat duurzamer zijn. Die een langere tijd de koolstof uit de atmosfeer houden. Maar je kunt het ook weer in de grond opslaan. Net als wanneer je kolen uit de grond haalt, kun je het gewoon terug stoppen.”
Naast dat Spanje een hoog aantal zonuren heeft, is er genoeg ruimte
Wetenschappers zien waterstofproductie via elektrolyse op dit moment toch als de meest voor de hand liggende techniek. Want er is geen fossiele brandstof bij nodig, je produceert geen grote hoeveelheden koolstof en de techniek zelf is voldoende ontwikkeld.
Meer dan geld
Desondanks zijn er nog geen grootschalige producenten van groene waterstof in Nederland. Een van de problemen kan daarvoor de benodigde ruimte zijn. Ingenieurs- en adviesbureau Antea Group kwam in maart met een plan om groene waterstof te gaan produceren in Spanje. Naast dat Spanje een hoog aantal zonuren heeft, is er genoeg ruimte, zegt senior adviseur energietransitie Rudi van Rooij aan de telefoon. In Nederland zou hier te weinig plek voor zijn. Want naast de waterstoffabriek moeten er veel zonnepanelen en windturbines komen voor de benodigde elektriciteit, legt Van Rooij uit. Dat neemt alles bij elkaar een groot oppervlak in beslag.
Maar de prijs van groene waterstof is wel de bottleneck voor een grootschalige doorbraak, zegt Koper. Consultantbureau Capgemini berekende vorig jaar dat de prijs van groen waterstofgas nu nog drie keer duurder is dan de grijze variant. Het prijsverschil heeft volgens Koper met meerdere zaken te maken: “Methaan is goedkoop. Ook de techniek om methaan om te zetten naar waterstof is goedkoper dan elektrolyse van water.” Daarbij speelt volgens Koper mee dat de elektrolyse van water tot nu toe nooit op grote schaal heeft plaatsgevonden “Op het moment dat je waterstof in het groot maakt, wordt het automatisch betaalbaarder.”
“Grootschalige waterstofproductie zal niet in Nederland plaats gaan vinden.”
De benodigde groene stroom voor het elektrolyseproces is ook relatief duur in Nederland zegt Van de Sanden. “Grootschalige waterstofproductie zal niet in Nederland plaats gaan vinden. Dat zal gebeuren op plekken waar de stroom goedkoper is.” Bij productie van waterstofgas uit methaan via een plasma, speelt dat prijsprobleem minder zegt Van de Sanden: “daar gaat ook groene stroom in, maar kun je er nog wel een goede business case van maken.”
Koper vindt het vergelijken van de prijs van grijze en groene waterstof eigenlijk verkeerd. Groene waterstof is dan wel duurder, maar de prijs die we gaan betalen voor de CO2 uitstoot bij grijze waterstof door klimaatverandering is nu nog onbekend. “Het is een keuze die we met z’n allen maken,” zegt hij. “Vergroenen van waterstofproductie gaat geld kosten, en dat geld moet ergens vandaan komen. Dat kun je doen door CO2 te belasten en die belasting vervolgens weer te gebruiken om deze technologieën te promoten. Technologisch kan het namelijk wel.”
Dit artikel schreef ik tijdens de cursus Wetenschapsjournalistiek die ik in het voorjaar van 2021 bij SCW volgde. Het oorspronkelijk beoogde medium waarvoor ik het schreef is de wetenschapsbijlage van de NRC Weekend.
Omslagfoto: Windmolens in het water voor de Belgische kust voor het opwekken van groene stroom. Bron: Hans Hillewaert (2008) Wikipedia.