Hoe kan waterstof helpen?

Waterstof kan op directe wijze bijdragen aan een duurzamere energiehuishouding. Niet alleen kan waterstof efficiënt met weinig broeikasgassen worden omgezet, ook worden weinig schadelijke emissies gegenereerd.

Gebruik van waterstof kan bijdragen aan de oplossing van onze milieuproblemen. Waterstof is een uitstekende energiedrager voor moderne turbines, gas- en verbrandingsmotoren en brandstofcellen. Verbranding of elektrochemische omzetting van waterstof met zuurstof uit de lucht is een bijzonder schoon proces. Het “afvalproduct” is namelijk water, terwijl de hoeveelheid schadelijke emissies veel kleiner is dan bij gebruik van traditionele brandstoffen.

Trends

Gebruik van brandstoffen die minder koolstof en meer waterstof bevatten in de energievoorziening is een duidelijke trend van de laatste decennia. Dat het nodig was om het (steen)kolengebruik te beperken werd al in de eerste helft van de 20e eeuw duidelijk. Gebruik van grote hoeveelheden kolen maakten dat hele steden onder een dikke laag roet bedekt waren. Kolengebruik moet grote schade toegebracht hebben aan de menselijke gezondheid en het milieu. Maar daar werd toen nog nauwelijks op gelet. Door aardolie en gas te gaan gebruiken verminderde de zichtbare uitstoot van roet aanmerkelijk.

Onzichtbare emissies

Er bestaat ook onzichtbare uitstoot. Dat gebeurt in de vorm van kooldioxide, zwaveloxiden en stikstofoxiden (CO₂, SO_x en NO_x). De gassen SO_x en NO_x zijn de veroorzakers van zure regen. De uitstoot hiervan is vooral de laatste decennia aangepakt. Het terugdringen van de zure regen laat een grote vooruitgang zien. De CO₂-uitstoot bij gebruik van fossiele brandstoffen krijgt sedert de Kyoto-akkoorden veel aandacht. Helaas is CO₂-productie bij de verbranding van fossiele brandstoffen onvermijdelijk. Gebruik van andere energiedragers en brandstoffen vormt de enige oplossing voor dit probleem. Waterstof als energiedrager kan hierbij een belangrijke rol spelen.

De productie van waterstof kost energie. De herkomst van waterstof bepaalt mede de efficiëntie van de totale energieketen. Enerzijds kunnen efficiëntere productieprocessen een deel van het verlies bij de productie compenseren. Anderzijds kunnen in de toekomst geavanceerde technologieën, zoals de toepassing van brandstofcellen, de ketenefficiëntie met waterstof vergroten.

De elektrochemische omzetting van waterstof als brandstof met behulp van brandstofcellen levert energetisch een hoger rendement op dan verbranding van waterstof. De keuze tussen de verbranding van aardgas in een verbrandingsmotor van een auto of het produceren van waterstof uit aardgas, die vervolgens gebruikt wordt om via een brandstofcel elektriciteit te leveren aan een elektrische auto is niet eenduidig. Uiteindelijk is niet alleen de hogere efficiency van de brandstofcel en de efficiency van de keten van belang, maar ook de robuustheid, kosten en gebruikersvriendelijkheid van de toepassing.

Gedurende de 20^e eeuw steeg de temperatuur op aarde met 0,3–0,6°C. Het zeeniveau steeg met 10 tot 25 centimeter, terwijl de regenval met ongeveer 1 procent toenam. Ook de snelheid waarmee de temperatuur verandert is aanzienlijk groter dan – voor zover we kunnen nagaan – de laatste 10.000 jaar. Op het gebied van milieubewustheid vormt het einde van de 20e eeuw dan ook een omslagpunt.

Broeikaseffect

De meeste wetenschappers wijten de veranderingen grotendeels aan het broeikaseffect, dat door menselijke activiteiten is ontstaan. Het belangrijkste broeikasgas dat de mensheid uitstoot is kooldioxide (CO₂). Het andere belangrijke broeikasgas is methaan(CH₄). De concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer is ruim 30% hoger dan aan het begin van de industriële revolutie. De belangrijkste bron van CO₂ is de verbranding van fossiele brandstof ten behoeve van de industrie, energieproductie en transport. De emissies van methaan worden deels door menselijk toedoen veroorzaakt (bijvoorbeeld rijstbouw en lekkages) en deels door de natuur zelf (moerasgas en het ontdooien van moerassen in permafrost gebieden).

Emissievermindering

Om het milieu minder met CO₂ te belasten is energiebesparing en efficiëntere opwekking van energie noodzakelijk. Daarnaast is de beperking van de CO₂-uitstoot door afvangst en opberging bij de energie omzetting een optie. Een mogelijkheid is CO₂ en andere broeikasgassen vast te leggen en ze ondergronds op te slaan. Dat kan in watervoerende aardlagen, als gas in holtes of in de vorm van mineralen. Ook het inbrengen in de zeebodem is een mogelijkheid. Deze afvangst en opslagmethodes zijn bruikbaar bij grootschalige elektriciteitsproductie en bij de grootschalige productie van waterstof gas uit fossiele brandstoffen. Bij die processen wordt waterstof als secundaire energiedrager aangemaakt, terwijl de CO₂ wordt afgevangen. Zoals boven beschreven kost deze tussenstap energie. Toepassing van dit proces op grote schaal inclusief CO₂-opslag is denkbaar wanneer de efficiëntie van de totale keten vergelijkbaar wordt met bestaande ketens. Maar ook wanneer de milieueisen zwaarder gaan wegen dan allen de efficiëntie van dit proces.