Laatst attendeerde iemand mij op de term blauwe waterstof. Een rare benaming, net als groene en grijze waterstof. Waterstof is van zichzelf namelijk een kleurloos gas. Waarom dan toch die eigentijdse behoefte alles een kleur te willen geven?
Waterstof is het lichtste element dat we kennen, bestaande uit een proton in de kern en een elektron in een schil daar omheen. Het komt alleen als molecuul voor, als H2. Denk aan het ezelsbruggetje: Claire fietst in haar onderbroek naar Breda. Het komt niet in de aardse natuur voor, wel in het heelal waar grote wolken waterstof het begin vormen van een ster in wording.
We moeten waterstof dus maken. Waterstof is om die reden geen energiebron, maar een energiedrager. Een soort batterij die tijdelijk energie kan opslaan.
Er zijn twee manieren om waterstof te maken.
Elektrolyse
De eerste is met behulp van elektriciteit. Bijna iedereen kent wel het toestel van Hofmann. Ik heb het zelf vaak gedemonstreerd tijdens lessen op de middelbare school. Zie hieronder.
Het toestel van Hofmann, met de negatief geladen kathode en de positief geladen anode.
Door twee elektroden in het water te steken, deze een pluslading en een minlading te geven (= elektriciteit) zullen de positief geladen waterstofatomen naar de negatieve pool gaan. De negatief geladen zuurstofatomen bewegen zich richting de positieve pool.
Het water (H2O) heeft zich gesplitst in waterstof (H2) en zuurstof (O2) volgens de reactie:
2 H2O --> 2 H2 + O2
Zoals je ziet, ontstaat er twee keer zoveel waterstof als zuurstof. Hetgeen waarneembaar is als twee keer zoveel gasbelletjes bij de negatieve elektrode ten opzichte van de positieve.
Waterstofgas in combinatie met zuurstof wordt ook wel knalgas genoemd. Wanneer je er een brandende lucifer bij houdt hoor je een knal. Tijdens een van mijn demonstraties van het toestel van Hofmann ving ik het waterstofgas in een mengsel van zeepsop op. Een vlammetje erbij, en ja een knal. Alleen, een keer ging dat niet helemaal goed. De leerling die mij hielp heeft er een paar minuten oorsuizen aan over gehouden. Ik was iets te voortvarend met mijn hoeveelheid zeepsop geweest.
Op deze manier waterstof maken is niet effectief. Eerst moeten we elektriciteit verkrijgen. Dit doen we vrijwel altijd met aardgas als energiebron. Water wordt aan de kook gebracht, er ontstaat stoom onder hoge druk, waarna een turbine gaat draaien, en de combinatie van een magneet met een spoel zorgt voor de benodigde elektriciteit. Het rendement in dit proces bedraagt zo’n 40 %.
Met die elektriciteit wordt vervolgens waterstof gemaakt volgens bovenstaand procedé. Ook hier gaat energie verloren. Reden waarom deze manier van waterstof maken in de praktijk weinig wordt toegepast. Je hebt er relatief veel aardgas voor nodig, het is te duur. Verder, bij het toepassen van waterstof voor energie verlies je nog zo'n 25 %. Je ziet, er blijft steeds minder van de oorspronkelijke hoeveelheid energie (die in het aardgas zit) over.
Groene waterstof
Maak je echter gebruik van duurzame energiebronnen als wind en zon om elektriciteit op te wekken, en maak je vervolgens met diezelfde elektriciteit waterstof, dan spreek je van groene waterstof. Maar, zoals je waarschijnlijk weet, zon en wind leveren relatief weinig energie, zeker als je het vergelijkt met aardgas of kernenergie, dus in de praktijk is dit financieel weinig aantrekkelijk. Het wordt dan ook weinig gedaan. Tot nu toe althans.
Aardgas splitsen
Een tweede manier om waterstof te maken is door aardgas (CH4) met stoom (H2O) te mengen, waardoor het aardgas zich splitst in waterstof (H2) en koolstofdioxide (CO2) volgens de reactie:
CH4 + 2 H2O --> 4 H2 + CO2
Grijze waterstof
De broeikasgas koolstofdioxide die hierbij vrijkomt gaat de lucht in. Dat is natuurlijk niet de bedoeling vanwege het versterken van het broeikaseffect. Om die reden wordt de waterstof op deze manier gefabriceerd grijze waterstof genoemd. Niet handig en in de praktijk niet of nauwelijks toegepast. Het tast te veel onze klimaatdoelen aan.
Blauwe waterstof
Echter, we kunnen de koolstofdioxide die vrijkomt met slimme technieken afvangen en daarna ondergronds opslaan. Hier wordt tegenwoordig druk mee geëxperimenteerd, ook in Nederland. Dit procedé wordt Carbon Capture and Storage genoemd, kortweg CCS. Via pijpleidingen gaat de CO2 naar lege gasvelden en wordt daar in diepe ondergrondse zandsteenlagen geïnjecteerd. Een 6V-leerling van mij heeft daar een aantal jaar geleden haar profielwerkstuk aan gewijd. Dat was ook voor mij zeer leerzaam.
De CO2 kan ook dienen als voedingsstof in kassen of als grondstof voor chemische producten en kunststoffen. Dit heet Carbon Capture and Usage, kortweg CCU.
Waterstof op deze manieren verkregen wordt blauwe waterstof genoemd.
Blauwe waterstof draagt op dit moment meer bij aan een snelle en betaalbare energietransitie dan groene. Voorlopig is er gewoon te weinig groene stroom beschikbaar. Stroom is bovendien twee keer zo duur als aardgas. Ook de hoge kostprijs van de elektrolysers die het water splitsen, maakt de technologie weinig aantrekkelijk.
Blauwe waterstof blijft in alle scenario’s goedkoper dan groene en is de enige vorm van waterstof die CO2-emissies direct reduceert. Aardgas is de energiebron van de toekomst, ondanks dat Nederland door een collectief schuldgevoel voor wat de Groningers is aangedaan ditzelfde aardgas in de ban heeft gedaan. Voor de vorm althans, want we blijven de komende decennia massaal aardgas invoeren, voornamelijk uit Noorwegen. De officiële planning is dat Nederland in het jaar 2050 vier keer zoveel aardgas zal verbruiken in vergelijking met nu! Dit is beleid dat niet overal even transparant gedeeld wordt. Helaas, maar we kunnen niet anders. De energie moet toch ergens vandaan komen.
Aardgas is relatief schoon, veel schoner in ieder geval dan steenkool en bruinkool. En heel belangrijk, aardgas is niet duur en in grote hoeveelheden beschikbaar, voor nog wel honderden jaren. Voorlopig dus, leve het aardgas, en in de toekomst, leve de blauwe waterstof!