Waterstof: energiedrager met grote rol in de energietransitie

– Waterstof wordt geproduceerd uit aardgas of door water te splitsen met elektriciteit
– Bij de verbranding van waterstof komt geen CO2 vrij
– Groene waterstof is een schone en duurzame vorm van energie
– Waterstof gaat de komende jaren een grote rol spelen voor industrie en transport
– De aardgasinfrastructuur kan worden ingezet voor transport en productie van waterstof
– Het project PosHYdon is een pilot op zee om groene waterstof te kunnen maken

Het molecuul waterstof (H) bestaat per atoom uit één proton en één elektron. Het is het meest voorkomende element in het universum. Waterstofgas (H2) is kleurloos, geurloos en smaakloos.

Hoewel waterstof veel voorkomt, zit het vooral opgesloten in andere moleculen. Waterstofgas in pure vorm is daarom erg zeldzaam. Het moet bijna altijd geproduceerd worden met behulp van andere stoffen. Dat is een groot verschil met bijvoorbeeld aardgas, dat wel als gas beschikbaar is.

In de energietransitie gaan we van fossiele brandstoffen overstappen naar duurzame energiebronnen. Waterstof kan hierin een belangrijke rol spelen. Het kan energie leveren in de vorm van warmte en elektriciteit. Ook kan het gebruikt worden in chemische processen in de industrie.

Waterstof heeft in vergelijking met aardgas twee voordelen:
– De beschikbaarheid is niet eindig, zoals bij aardgas.
– Bij de verbranding van waterstof komt alleen water vrij. Er ontstaan geen schadelijke stoffen zoals CO2.
Dit maakt waterstof een duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen. 

Waterstof kan op verschillende manieren worden geproduceerd. Op dit moment wordt waterstof vooral geproduceerd uit fossiele brandstoffen, zoals aardgas. Bij deze methode wordt het aardgas verhit en omgezet in waterstof en koolstofdioxide (CO2).

Het is ook mogelijk om waterstof te produceren door middel van elektrolyse van water. Bij elektrolyse wordt water opgesplitst in zuurstof en waterstof, door middel van elektriciteit. Dit gebeurt in een apparaat dat een elektrolyser wordt genoemd. Het waterstofgas wordt opgevangen. Dit kan vervolgens gebruikt worden als energiedrager.

De verschillende productiemethoden hebben veel energie nodig. De uitstoot en duurzaamheid verschillen per methode. Om de verschillende productiemethoden aan te kunnen duiden, spreken we van verschillende kleuren waterstof.

– Grijze waterstof wordt geproduceerd uit aardgas. Bij deze manier van produceren komt CO2 vrij. Daarom is dit is geen duurzame methode.
– Blauwe waterstof wordt ook geproduceerd uit aardgas. Maar bij de productie wordt CO2 afgevangen en opgeslagen (CCS). Hierdoor is het minder schadelijk voor het klimaat.
– Groene waterstof wordt geproduceerd uit water (elektrolyse). De benodigde elektriciteit wordt opgewekt met behulp van duurzame energiebronnen, zoals zonne- en windenergie.
– Paarse waterstof gebruikt bij de elektrolyse elektriciteit uit een kerncentrale.
– Bruine waterstof maakt voor de elektrolyse gebruik van energie uit biomassa.
– Witte waterstof is waterstof in pure vorm dat natuurlijk, maar op zeer kleine schaal voorkomt in de ondergrond. Het ontstaat door chemische reacties in diepere grondlagen van de aarde.

De waterstofmarkt is volop in opbouw. Zowel de transportsector als de industrie zoeken naar alternatieven voor aardgas en andere fossiele brandstoffen. Het is daarom van belang dat er veel waterstof geproduceerd gaat worden, zodat er een markt ontstaat.

Door de productiecapaciteit uit te breiden, zal ook de vraag toenemen. En wanneer de vraag toeneemt, leidt dit tot een uitbreiding van de productiecapaciteit.

Waterstofgas kan veel energie bevatten. Je kunt waterstofgas opslaan en later weer omzetten in elektriciteit. Zo kun je met waterstof energie opslaan en daarna weer vrijgeven.

Wanneer waterstof wordt verbrand of omgezet in elektriciteit, komt de opgeslagen energie vrij. Het omzetten van waterstof in elektriciteit vindt plaats in een brandstofcel. Dit is een apparaat waarin een chemische reactie van waterstof (H2) en zuurstof (O2) plaatsvindt. Hierbij komen alleen water (H2O) en warmte vrij, zonder enige schadelijke uitstoot.

Waterstofgas kan veel energie opslaan, maar neemt ook veel ruimte in. Er wordt daarom gewerkt aan de mogelijkheid om grote hoeveelheden waterstofgas op te slaan in zoutcavernes. Zoutcavernes zijn grote holtes in zoutlagen die zijn ontstaan bij het winnen van zout.

Gasunie werkt in het Groningse Zuidwending aan zoutcavernes die speciaal bedoeld zijn voor de (tijdelijke) opslag van waterstof. Ook lege aardgasvelden zijn geschikt voor de opslag van waterstof.

Het is ook mogelijk om waterstofgas op te slaan in tanks. Die methode wordt op dit moment nog veel gebruikt. Daarvoor moet het gas onder hoge druk wordt opgeslagen.

Een andere manier is om het gas te koelen tot het vloeibaar wordt en daarna op te slaan in tanks. Tot slot kan waterstof ook opgeslagen worden in vaste stoffen.

– Groene waterstof is een duurzame energiedrager.
– Het is een schone brandstof: bij verbranding komt alleen water vrij.
– Het heeft een hoge energiedichtheid: het kan veel energie opslaan in een relatief kleine hoeveelheid. 

Nadelen waterstof:
– De productie is nog steeds relatief duur
– Er zijn er veel energie en water nodig voor de productie.
– Waterstofgas is zeer ontvlambaar. Er moet voorzichtig mee worden omgegaan om gevaarlijke situaties te voorkomen. 

Op dit moment wordt waterstof, vanwege zijn eigenschappen, voornamelijk gebruikt in de industrie. Zoals bij de productie van kunstmest en raffinageprocessen.

Daarnaast wordt het steeds meer gebruikt als brandstof voor voertuigen, zoals auto’s en bussen. Ook wordt er geëxperimenteerd met het gebruik van waterstof als brandstof voor vliegtuigen.

Het bestaande aardgasnetwerk kan gebruikt worden voor het transport van waterstof. Het moet hier wel eerst geschikt voor worden gemaakt.

Waterstof heeft namelijk andere eigenschappen dan aardgas. Bijvoorbeeld een lagere dichtheid en een hogere ontvlambaarheid. Leidingen, compressoren en meetapparatuur moeten daaraan worden aangepast. Die aanpassingen zijn relatief eenvoudig.

In Nederland liggen duizenden kilometers aan aardgasleidingen in de grond en onder de Noordzee. Door dit netwerk aan te passen voor waterstof, kunnen we het op een duurzame manier hergebruiken.

Tijdens de energietransitie kan het aardgasnetwerk ook voor een combinatie van aardgas en waterstof worden gebruikt.

Op de Noordzee staan veel installaties die gebruikt worden of werden voor de productie van aardgas. Door deze te verbinden met windparken kunnen ze een nieuwe rol gaan spelen bij de productie van groene waterstof met behulp van windenergie.

Om ervaring op te doen met de productie van groene waterstof is de pilot PosHYdon gestart. Neptune Energy is één van de initiatiefnemers van dit project. Neptune Energy is lid van Element NL.

PosHYdon is een innovatief project dat groene waterstof gaat produceren op een operationeel platform in de Noordzee. Het project integreert drie energiesystemen: offshore wind, offshore gas en offshore waterstof.  

Het doel is om de praktische aspecten van het maken van waterstof in een offshore omgeving te onderzoeken en te leren van de uitdagingen en kansen.

In het Klimaatakkoord is afgesproken dat in 2030 minimaal 3 tot 4 gigawatt (GW) aan elektrolysecapaciteit gerealiseerd moet zijn. Eind 2022 heeft het kabinet deze ambitie verder aangescherpt naar 8 GW in 2032 van de in totaal 21 GW windenergie die er opgewekt moet worden. Ook wordt er ingezet op de ontwikkeling van een infrastructuur voor het transport en opslag van waterstof.

Er zijn verschillende maatregelen genomen om het gebruik van waterstof te stimuleren. En daarmee een waterstofmarkt te ontwikkelen. Denk aan:
– Subsidies voor de ontwikkeling van waterstoftechnologieën.
– Demonstratieprojecten om het gebruik van waterstof te bevorderen.
– Samenwerking met andere landen en internationale afspraken om het gebruik te stimuleren.

Het kabinet stelde in 2022 bijna 800 miljoen euro beschikbaar voor deze projecten.