Waterstof kan gebruikt worden als brandstof en zou een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de energietransitie. Het moet worden geproduceerd, of het komt vrij bij bepaalde productieprocessen. Maar wat als het gewoon gedolven zou kunnen worden, zoals olie of aardgas?
Waterstof is een chemisch element met de naam Hydrogenium (H) en atoomnummer 1. Het is het meest voorkomende element in het heelal. In de atmosfeer van de aarde komt het nauwelijks voor als zuivere waterstof omdat het zich bindt met zuurstof en zo water vormt. Waterstofgas (H2) is het lichtste gas, kleurloos en brandbaar maar heeft een lage energiedichtheid per volume-eenheid, daarom wordt het gecomprimeerd om het in te kunnen zetten als brandstof. Dat kost ongeveer 10 procent van de energie. De energiedichtheid neemt dan wel sterk toe, tot bijna drie maal die van aardgas.
Grijze waterstof
Waterstof wordt op verschillende manieren geproduceerd en dat kost relatief veel energie, waardoor het duur is – en daardoor veelal niet toepasbaar zonder subsidies of garanties van overheden. Elke manier van produceren heeft zijn eigen kleurcode, waarbij grijze waterstof het meest vervuilend is. Hier komt bij het maken van waterstof veel CO2 vrij; voor elke kilo waterstof komt zeven maal zoveel gewicht aan koolstofdioxide vrij.
Voor de verontreiniging van het milieu en de daarmee gepaard gaande uitstoot van zwaveldioxide (SO2) en stikstofoxiden (NOx) maakt het nog uit of de benodigde elektriciteit wordt opgewekt door bruinkool, steenkool, aardolie of aardgas. Om de footprint van deze productie te verkleinen, kan de vrijgekomen CO2 worden opgevangen en opgeslagen in bijvoorbeeld lege aardgasvelden.
Groene waterstof
Het produceren van waterstof kan tevens met elektrische stroom afkomstig van kerncentrales, hierbij komt geen CO2 vrij maar wel radioactief afval. Of deze waterstof groen mag worden genoemd is een kwestie van (politieke) interpretatie.
Met groene waterstof wordt bedoeld dat de elektriciteit die nodig was voor de productie ervan, gewonnen werd uit hernieuwbare energiebronnen, zoals windmolens, zonnepanelen en waterkracht. Ook bij de vergassing van biomassa komt waterstof vrij.
Of waterstof slaagt als vervanger van olie en gas, als ‘energiedrager van de toekomst’ hangt af van diverse factoren. Is er voldoende van te maken of te winnen bijvoorbeeld, wat zijn de kosten van productie en transport, wat is de werkelijke milieuwinst en worden we er minder afhankelijk door? Niet alleen van fossiele brandstoffen maar ook van bepaalde regimes en bedrijven die het produceren.
Nieuw maar toch oud: witte waterstof
Er is een interessante ontwikkeling gaande die mogelijk antwoord geeft op veel van deze vragen: witte waterstof. Deze schone energiebron zit gewoon in de aardbodem, en waarschijnlijk in grote hoeveelheden. Diverse bedrijven in de wereld zijn aan het onderzoeken waar deze vorm van waterstof zich bevindt, met veelbelovende resultaten.
Omdat waterstofmoleculen zeer klein zijn, ontsnappen ze vrijwel altijd. Waterstof vervliegt dan snel. Daarom zijn de vindplaatsen van deze vorm van waterstof te vinden onder massieve rotsbodems, die zelf weer bedekt zijn met aardlagen zoals zand. Hieronder bevindt zich water dat reageert met ijzerhoudend gesteente en onder zeer hoge druk natuurlijke waterstof vormt.
Tot voor kort hielden wetenschappers geen rekening met toepassing van deze mogelijkheid ondanks de toevallige ontdekking ervan in 1987 bij de plaats Bourakébougou in Mali. Op zoek naar water vond er tijdens het boren een ontploffing plaats, waarschijnlijk door het aansteken van een sigaret. De bron bleef branden. Toen het vuur na enige tijd was gedoofd, werd het boorgat gesloten. Pas na 25 jaar besloot een oliemaatschappij onderzoek te doen naar de gebeurtenissen. De ontdekking was opzienbarend: natuurlijke waterstof.
Onuitputtelijk?
Bedrijven doen op meerdere plekken op de wereld onderzoek naar de potentie van witte waterstof, bevinden zich. In Australië is men al langer bezig met het zoeken naar waterstofbronnen, die ook daadwerkelijk op meerdere plaatsten gevonden zijn. In de VS is ook het bedrijf Natural Hydrogen Energy LLC sinds 2019 bezig met het zoeken naar bronnen, in Denver en mét resultaat.
In Spanje, aan de voet van de Pyreneeën, boort Helios-Aragon naar natuurlijke waterstof. Het bedrijf claimt het eerste in Europa te zijn dat witte waterstof levert. Onderzoeken in Frankrijk en Zwitserland zien er eveneens veelbelovend uit; onder het alpine bergmassief bevinden zich mogelijk grote voorraden.
Hoewel harde onderzoeksresultaten over de hoeveelheid natuurlijke waterstof ontbreken, gaan diverse wetenschappers ervan uit dat de totale voorraad witte waterstof aanzienlijk is. Door de manier waarop het gas sinds het ontstaan van de aarde wordt gevormd, lijkt het plausibel dat dit proces doorgaat, ook na exploitatie. Of het schone gas daarmee onuitputtelijk is, en voor welk deel het een rol speelt in de totale energiemix is voer voor discussie.
Tegenover veel enthousiasme staat evenveel scepsis van anderen: witte waterstof zou maar in marginale hoeveelheden aanwezig zijn en een beperkte rol kunnen spelen. Volgens een recent rapport van TNO is het winnen goedkoop en veelbelovend, maar niet vóór 2030 realiseerbaar. Bovendien is het aannemelijk dat er bij de exploitatie ongewenst methaan vrijkomt.
Kansen voor de binnenvaart
Algemeen wordt verwacht dat waterstof een belangrijke rol gaat spelen in de energietransitie door als brandstof te dienen voor energiecentrales, transport, industrie en huishoudens. In periodes dat er gebrek is aan zon en wind kan waterstofopslag fungeren als een buffer, een grote batterij.
Toegepast in verbrandingsmotoren of via elektrolyse in een brandstofcel, kan deze schone brandstof de fossiele varianten vervangen. De opslag onder hoge druk en een efficiënt distributiesysteem zijn hierbij essentieel.
Met dit soort oplossingen krijgt de binnenvaart de kans om in de toekomst de schoonste manier van transport te blijven!
Door Chris van Loon
