Bekijk het origineel

Te mooi om te verbranden

Bekijk het origineel

PDF Bekijken
+ Meer informatie

Te mooi om te verbranden

ECN-directeur Van der Klein: Klimaatverandering belangrijkste drijfveer achter ontwikkeling waterstoftechnologie

10 minuten leestijd

Freedom Fuel noemde de Amerikaanse president Bush het toen hij 1,2 miljard dollar vrijmaakte voor het onderzoek naar waterstof en brandstofcellen, bijna drie jaar geleden; eindelijk niet meer afhankelijk van de Arabieren en hun olievoorraden. Waterstof belooft een olievrije toekomst. Maar Bush zal tijdens zijn ambtstermijn niet meer kunnen genieten van die vrijheid.

Met een waterstoffabriekje in huis de auto bijvullen én de woning van energie voorzien? Geen probleem. Of de waterstofbolide gebruiken als generator voor de energie in huis? De capaciteit die zo'n auto levert, is ruim voldoende.

Waterstof is koren op de molen van creatievelingen. Dr. Kees van der Klein, adjunct-directeur van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in Petten, heeft zijn bedenkingen. "Wij zijn ook creatief; maar als je al die wilde plannen thermodynamisch en economisch doorrekent, klopt er niet veel van. Energie uit waterstof is een hype. Mensen die denken dat waterstof de wereld met een paar jaar op z'n kop zet, slaan de plank volledig mis."

De toekomst is waterstof. Dat vindt ook Van der Klein. "Vijftien jaar geleden heb ik -als unitmanager van het programma "Schoon fossiel"- de onderzoeksrichting waterstof en brandstofceltechnologie bij ECN opgezet." Niet dat waterstof toen voor het eerst de energiearena betrad. "Waterstof is zo oud als de weg naar Kralingen. Voordat iedereen op het aardgasnetwerk was aangesloten, gebruikte men kolengas. Hier zat al een behoorlijk percentage waterstof in. En iedereen kent natuurlijk het knalgas. Stop waterstof en lucht bij elkaar en er ontstaat een explosie, een thermische reactie. De waterstof verbrandt en daar komt warmte bij vri j, energie dus."

Het omzetten van waterstof in energie kan ook meer beheerst. "Dan kom je uit bij de brandstofcel", zegt Van der Klein. "Deze produceert de energie uit waterstof door een elektrochemische reactie. Je haalt dan direct elektrische stroom uit het bij elkaar brengen van waterstof en zuurstof. Het rendement is daardoor veel hoger dan het rendement van welke verbrandingsreactie ook. Waterstof is te mooi om te verbranden."

Kwetsbaar

Bij het opwekken van energie uit waterstof met de brandstofcel komen volgens Van der Klein geen uitstootgassen vrij die schadelijk zijn voor het milieu. Emissieneutraal noemt hij dat. "Het enige wat aan de achterkant van de brandstofcel naar buiten komt, is waterdamp of water. Zuiver water."

Maar is juist waterdamp niet een belangrijk broeikasgas? "Waterdamp is een element in de hele broeikasgaskringloop. Hoe warmer het klimaat wordt, hoe meer zeewater er verdampt en in de atmosfeer terechtkomt. Wat de brandstofcel daaraan toevoegt, ook als die massaal wordt toegepast, is echter volstrekt verwaarloosbaar."

De klimaatneutrale omzetting van waterstof in elektriciteit is voor ECN een van de belangrijkste redenen om veel energie te steken in de ontwikkeling van de brandstofcel en na te denken over de rol van waterstof in de energiehuishouding van de toekomst. "De energiemarkt kampt met twee levensgrote, maatschappijbedreigende problemen. Het eerste is klimaatverandering. Ik beschouw die als buitengewoon bedreigend, misschien zelfs onderschat."

Als tweede probleem noemt Van der Klein de voorzieningszekerheid van energie. "In het Engels: "security of supply", afgekort SOS. China en India claimen gigantisch veel energie. De energievoorziening kan in de toekomst wel eens een probleem worden. Omdat Europa en Amerika voor een groot deel afhankelijk zijn van het Midden-Oosten, zijn ze wat dit betreft heel kwetsbaar."

De laatste reden was voor Bush aanleiding om 1,2 miljard dollar toe te zeggen aan het onderzoek naar waterstof en brandstofcellen. "Niet in de eerste plaats om de klimaatverandering. Want de waterstof die Bush voor ogen heeft, is eigenlijk heel vieze waterstof." Vieze waterstof? "Ja, hij denkt aan een waterstofproductie uit kolen, zonder dat hij het bij de productie vrijkomende broeikasgas CO2 opvangt en opbergt in bijvoorbeeld lege aardgasvelden. En dat laatste zal hij voorlopig niet doen ook."

Klimaatneutraal

Hoewel bij het chemische proces in een brandstofcel geen schadelijke stoffen vrijkomen, kan dat bij de productie van waterstof wel gebeuren. "Het is heel belangrijk te beseffen dat je waterstof altijd moet maken uit primaire bronnen zoals kolen, olie, wind- of zonne-energie. Waterstof is net als elektriciteit een secundaire bron, een drager van energie", legt de ECN-directeur uit.

"De milieukwaliteit van waterstof wordt bepaald door de manier waarop je die maakt. Maak je waterstof met behulp van kernenergie, dan is milieukwaliteit een nucleair vraagstuk geworden. Of maak je waterstof door middel van het vergassen van kolen, dan bepaalt dat proces de milieukwaliteit van waterstof. In Nederland wordt momenteel hard nagedacht over de inzet van kolen met de mogelijkheid tot het opvangen van CO2, wat dus kan leiden tot een klimaatneutrale waterstofproductie."

De productie van waterstof uit zonne- en windenergie is volgens Van der Klein in zichzelf klimaatneutraal. "Voor de duidelijkheid: de elektriciteit die je hieruit opwekt, kun je het beste direct gebruiken. Je maakt alleen maar waterstof uit wind- en zonne-energie als je die elektriciteit op dat moment niet kwijt kunt. Waterstof is dan een opslagmedium geworden waaruit je later elektriciteit kunt maken door middel van een brandstofcel."

Op de korte termijn verwacht hij echter niet veel van een grootschalige productie uit deze bronnen. "Dan zijn we zeker twintig jaar verder. Zonnestroom is zeker een factor tien te duur en als je deze stroom gebruikt om waterstof te maken, is ook deze waterstof veel te duur."

Bij windenergie ligt het net iets anders. "Het kan zijn dat het 's nachts vreselijk hard waait, maar dat de molens stilgezet moeten worden omdat er geen afname van elektriciteit is. Je hebt dan een investering die niets oplevert. Het is dan de moeite waard om de molens toch te laten draaien en die elektriciteit om te zetten in waterstof. Voor kerncentrales kun je een soortgelijk verhaal houden."

Waterstofdicht

Naar waterstof als opslagmedium zal de komende tientallen jaren steeds meer vraag zijn, verwacht Van der Klein. "We gaan niet één keer massaal over op een economie die volledig op waterstof draait. Het gas- en elektriciteitsnet van nu bestaat over vijftig jaar nog. Deze infrastructuur is bepalend voor de toekomst. Als je nu nog lekker kunt koken en het huis kunt verwarmen op aardgas, zie ik geen waterstofleidingen naar elk huis ontstaan. Waarom zou je?"

In de lange weg naar een waterstofeconomie zal aardgas een grote rol spelen, aldus de ECN-man. "Waterstof zal in eerste instantie vooral geproduceerd worden uit fossiele bronnen. Geleidelijk aan komen hier duurzame energiestromen als zon en wind bij."

De waterstofproductie uit aardgas kan thuis, door middel van een cv-ketel die het gas omzet in waterstof en zo op een veel efficiëntere manier de energie met een brandstofcel omzet in warmte en elektriciteit. "Op een vergelijkbare manier kan dat in de auto", zegt Van der Klein. "Je tankt gas, benzine of diesel en een waterstoffabriekje aan boord zet dat om; met als resultaat dat de auto veel minder fossiele brandstoffen verbruikt dan nu. Ik denk dat ik nog wel meemaak dat auto's op waterstof in de showroom staan; mijn kinderen zeker."

Volgende stap kan zijn dat de productie van waterstof centraler gebeurt, bijvoorbeeld bij een tankstation dat voor de auto's dit gas toch al produceert. "Het CO2 kun je dan centraal afvangen en opbergen, zodat je klimaatneutrale waterstof hebt. Die kun je vervolgens direct de wijk inbrengen. Daar is wel een nieuwe infrastructuur voor nodig, omdat de aardgasleidingen en vooral de randapparatuur zoals meters en kleppen niet waterstofdicht zijn."

Hoe de structuur er in 2050 uitziet? Van der Klein: "Het wordt een mengsel, een allegaartje van bestaande infrastructuren en waterstof. Mijn stelling is: Hoe eerder we ons bewust zijn van waar we naartoe willen, hoe logischer dat allegaartje wordt. Belangrijk is dat we werken aan een vermindering van de uitstoot van broeikasgassen. We moeten dus investeren in nieuwe technologieën om het klimaat in de hand te houden. Iedereen moet de noodzaak hiervan gaan inzien en alle belanghebbenden moeten hieraan meebetalen. Pas dan krijg je een duurzame economie van de grond." KADER 1

Waterstof

Veel mensen denken bij waterstof aan het gas dat de oorzaak was van de ontploffing van de zeppelin Hindenburg, mei 1937, bij New York. Het brandbare gas zou vlam hebben gevat door statische elektriciteit, was toen de verklaring. Tegenwoordig neemt men aan dat de oorzaak van het ongeluk niet de waterstof, maar de licht ontvlambare verf van het omhulsel was.

Waterstof komt in de natuur voor als een kleurloos, reukloos en licht ontvlambaar gas dat bestaat uit twee waterstofatomen. Vandaar de scheikundige notatie H2. Het kookpunt ligt bij -253 graden Celsius en ook de ontstekingtemperatuur ligt heel laag.

Waterstofatomen zitten meestal vast aan andere scheikundige elementen, zoals zuurstof en koolstof. De verbinding van waterstof en zuurstof geeft water (H2O). Koolstof en waterstof kunnen samen een fossiel brandstof vormen (CHx).

Net als benzine, diesel of lpg is waterstof brandbaar. Bij het gebruik ervan gelden strenge veiligheidsvoorschriften. Die zijn voor elke brandstof anders. Als auto's op waterstof het straatbeeld bepalen, zullen parkeergarages op elke verdieping bijvoorbeeld niet aan de onderkant maar aan de bovenkant afgezogen moeten worden. Waterstof is namelijk het lichtste element op aarde. Dat betekent dat als er waterstof ontsnapt, die altijd recht omhooggaat.

KADER 2

Productie van waterstof

In de olie-industrie is waterstof gemeengoed. Raffinaderijen zetten waterstof op grote schaal in voor de ontzwaveling van brandstoffen en beperking van emissies door motoren.

Omdat waterstofatomen meestal vastzitten aan andere scheikundige elementen, zoals zuurstof (O) en koolstof (C), kost het lospeuteren van de zuivere waterstof (H2) uit deze verbindingen energie. De meest eenvoudige manier om waterstof te maken, is door middel van elektrolyse: stuur een elektrische stroom door zuiver water en H2O splitst zich op in zijn twee bestanddelen: waterstof (H2) en zuurstof (O2). Duurzame waterstof uit wind- en zonne-energie wordt meestal op deze manier gemaakt.

Ingewikkelder is de productie van waterstof uit de koolwaterstoffen (CHx). De waterstof die de olieraffinaderijen gebruiken, komt van een waterstoffabriek die aardgas (CH4) gebruikt als grondstof voor waterstof. Door het toevoegen van stoom (H2O) aan het aardgas ontstaat er een chemische reactie met als resultaat een mengsel van het broeikasgas kooldioxide (CO2) en waterstof (H2). Voor een schone waterstofproductie haalt de producent de kooldioxide uit dit gasmengsel en slaat het op in lege aardgasvelden, ondergrondse waterlagen of rotsformaties.

KADER 3

Werking brandstofcel

De brandstofcel doet niets anders dan het verbranden van waterstof. Oftewel: het reageren van waterstof (H2) met zuurstof (O2) met als afvalproduct zuiver water. Het elektrisch rendement van de brandstofcel is hoog in vergelijking met directe verbranding van waterstof, zoals bij stoomturbines. Daarbij wordt de vrijkomende warmte omgezet in mechanische of elektrische energie.

Elke brandstofcel bestaat uit een positieve elektrode, de anode, en een negatieve elektrode, de kathode. Daartussen zit een medium dat beide elektroden uit elkaar houdt, de elektrolyt. Het type elektrolyt verschilt per brandstofcel. De drie lagen bij elkaar zijn niet meer dan 1 millimeter dik.

Voordat waterstof en zuurstof het zuivere water kunnen vormen, zet de anode waterstof (H2) om in twee positief geladen waterstofatomen en twee negatief geladen elektronen. De zuurstofmoleculen (O2) aan de andere kant van de brandstofcel trekken de waterstofatomen door de elektrolyt en willen water (H2O) vormen.

Om het proces echter elektrisch neutraal te houden, hebben zij voor de vorming van water ook elektronen nodig. Deze kunnen zich niet door de elektrolyt verplaatsen en worden gedwongen een omweg te maken. Zo ontstaat er buitenom een elektrische stroom. Een hele serie van deze brandstofcellen achter elkaar produceren een voldoende hoog voltage om een motor aan te kunnen drijven.

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Bekijk de hele uitgave van dinsdag 6 december 2005

Reformatorisch Dagblad | 20 Pagina's

Te mooi om te verbranden

Bekijk de hele uitgave van dinsdag 6 december 2005

Reformatorisch Dagblad | 20 Pagina's

PDF Bekijken