Elk nummer evalueert wetenschapsjournalist Rijco van Egdom een groots technologisch plan. Ditmaal: waterstof lijkt een veelbelovende manier om energie op te slaan. Maar waar gaan we het spul straks écht voor gebruiken?

Heel even waan ik me in Zonnedael, de fictieve luxe woonwijk uit de fameuze film- en tv-serie Flodder. Elk moment verwacht ik dat Johnny met zijn vetkuif en leren jasje in zijn roze cabrio de hoek om komt scheuren. Maar dat gebeurt natuurlijk niet, want de familie Flodder is niet echt en ik ben gewoon in een villawijk in Lochem.

Nou ja, gewoon… Dit Gelderse dorpje is sinds kort toch vrij legendarisch te noemen. Hier pronken in een aantal van de woningen namelijk wel heel bijzondere cv-ketels. Hagelwit en met een dikke blauwe druppelsticker met daarop: H2. Waterstof dus. In deze wijk is een pilot gestart waarbij de huizen niet meer worden verwarmd met aardgas, maar met waterstof.

Deze twaalf ‘optrekjes’ zijn uitverkoren omdat het vrijstaande villa’s van tegen de honderd jaar oud zijn, zonder spouwmuren. Daardoor zijn ze onmogelijk te isoleren en niet geschikt voor alternatieve manieren van verwarming, zoals een elektrische warmtepomp. Maar is waterstof echt de oplossing voor dit probleem?

Lees ook:

• Hoe staat het met de Hyperloop?
• Kun je een benzinemotor op waterstof laten lopen?
• Een waterstofvliegtuig met afneembare motoren?

Batterij van gas

Om die vraag te beantwoorden, moeten we terug naar de basis. Want wat is waterstof precies en waarvoor kunnen we het spul allemaal gebruiken?

Waterstof is in elk geval niet schaars. Ons universum bestaat er voor 75 procent uit, maar het komt op aarde niet vríj voor. We moeten waterstof daarom maken, door moleculen waarin het gebonden zit te splitsen. Dat kost energie, maar een groot deel van die energie komt weer vrij als de waterstof wordt verbrand. Men noemt dit goedje dan ook een energie-drager en geen energiebron, zoals olie en aardgas dat wel zijn. Je kunt er alleen energie in opslaan door het te produceren. Zie het als een batterij in de vorm van een gas.

Het grootste voordeel van waterstof is dat het gas veel energie kan vasthouden. Veel meer dan elke andere stof die we kennen. 1 kilogram waterstof bevat evenveel energie als 3 kilogram benzine of een batterij van 120 kilogram. Door waterstof te verbranden, komt die energie weer beschikbaar. En bij die verbranding komt alleen wat water vrij. Dat proces draagt dus niet bij aan de opwarming van de aarde. Kortom: topspul.

Voornamelijk grijs

Maar er zit een addertje onder het gras. Of eigenlijk: een dikke, vette python van 5 meter. Er zijn namelijk drie kleuren waterstof: grijs, blauw en groen. Die namen zeggen niets over de kleur (waterstof is kleur- én geurloos), maar hebben te maken met hoe ‘groen’ of duurzaam het gas wordt geproduceerd.

Grijze waterstof is het minst duurzaam. Deze waterstof maak je door aardgas te mengen met water en het resultaat tot wel 1100 graden Celsius te verhitten. Dan komt er waterstof vrij, maar ook CO₂. Blauwe waterstof maak je op dezelfde manier, alleen wordt de ontstane CO₂ niet de lucht in geblazen, maar semi-netjes opgeslagen onder de grond. De groene variant wordt geproduceerd met elektrolyse. Met duurzaam opgewekte stroom (wind, zon, noem maar op) splits je water – oftewel H₂O-moleculen in waterstof (H₂) en zuurstof (O).

Helaas is momenteel vrijwel alle waterstof in Nederland, grofweg 800.000 ton per jaar, nog grijs. En wereldwijd was slechts 1 procent van de in 2021 geproduceerde waterstof groen.

Mini-moleculen

Toch zegt Jan van Maarseveen, hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Amsterdam: “Over tien tot twintig jaar gebruiken we groene waterstof op grote schaal, dat weet ik zeker.” Dan rijst natuurlijk de vraag: waarvóór gaan we die waterstof gebruiken? “Ik voorzie niet dat we in Nederland met z’n allen op waterstof gaan koken of ons huis ermee gaan verwarmen”, zegt Van Maarseveen, verwijzend naar de pilot in Lochem.

Maar Nederland ligt vol met leidingen voor aardgas. Het zou toch een fluitje van een cent moeten zijn om daar waterstof doorheen te sturen? Helaas blijken er nog aardig wat haken en ogen aan dit idee te zitten. Om te beginnen zijn H2-moleculen de kleinste moleculen die er zijn. Daardoor kunnen ze ontsnappen via gaatjes in de leidingen waar aardgasmoleculen niet doorheen passen. En dat is niet zonder gevaar, want waterstof is heel ontvlambaar.

Los daarvan is het grootste probleem de energiedichtheid, oftewel de hoeveelheid energie per volume-eenheid. Doordat waterstof een heel lage dichtheid heeft (het gas is ongeveer veertienmaal zo licht als lucht), is de energiedichtheid onder normale druk veel lager dan die van gewoon aardgas. Je moet waterstof dan ook onder grote druk brengen om voldoende bij de mensen thuis te krijgen – en daar is het huidige gasnetwerk niet op berekend.

Daarnaast kost dat proces uiteraard energie. Dit blijkt ook uit een analyse van 32 onafhankelijke studies naar de potentie van waterstof in huishoudens. Uit geen van die studies kwam waterstof als goede vervanging voor aardgas uit de bus. Alternatieven zoals zonne-energie, warmtepompen en stadswarmte zijn veel efficiënter en kosten minder geld of grondstoffen.

Waterstofladder

Toch zijn er wel degelijk toepassingen voor waterstof. Want dat waterstof een belangrijke rol gaat spelen in de verduurzaming, staat volgens Van Maarseveen als een paal boven water. “We moeten alleen slimme keuzes maken over hoe en waar we groene waterstof gaan inzetten. Bij die afweging staan drie vragen centraal. Is er een duurzamere oplossing? Is er een efficiëntere oplossing? En is er een maatschappelijk goedkopere oplossing?”

Gelukkig hebben onderzoekers naar die vragen gekeken en zo ontstond de zogenoemde waterstofladder. Als we de verschillende opties langs deze ladder leggen, valt een aantal gelijk af. Personenauto’s bijvoorbeeld; waterstof is daar allesbehalve de beste optie. De hele huidige infrastructuur met die pompstations omzetten naar waterstof is vrijwel niet haalbaar. En doordat waterstof onder hoge druk moet worden opgeslagen, wordt het spul ook veel zwaarder. Daardoor is het niet rendabel om zo’n tank in je afgetrapte Golfje te plaatsen.

‘Anders eet ik mijn hoed op’

Waterstof en groot transport; daar ziet Van Maarseveen wél toekomst in. Denk aan vrachtverkeer, scheepvaart en zelfs (inter)continentaal vliegen. Hoewel voor die laatste toepassing nog veel onderzoek moet worden gedaan, want de vliegtuigen van nu komen niet heel hoog met zo’n loeizware waterstoftank in hun ruim. Andere mogelijke toepassingen ziet hij bij de productie van kunstmest of staal. Puur omdat daar geen duurzamere of efficiënter alternatief voor is. “Zodra het aandeel groene waterstof groot genoeg is, kunnen we het gas daar massaal inzetten.”

Aan het einde van ons gesprek doet de chemicus me nog een belofte. “Ik ben zelf lid van de plaatselijke zweefvliegclub en ik durf met 100 procent zekerheid te zeggen dat ik over tien jaar mijn vluchten begin met een lier waarvan de elektromotor door waterstof wordt aangedreven.” Anders eet hij zijn hoed op? “Anders eet ik mijn hoed op.”

Oordeel

Techniek: 2/5

Haalbaarheid: 2/5

Kosten: 1/5

Totaal: 2/5

Deze column van Rijco van Egdom staat ook in KIJK 2/2023.

Openingsbeeld: Petmal/Getty Images

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!