Om de doelen van het Klimaatakkoord van Parijs te halen, wordt steeds vaker naar waterstof gekeken. Een veelzijdig element, dat als energiedrager ingezet kan worden als directe brandstof en als grondstof voor diverse chemische processen - denk aan kunstmestproductie. Maar waterstof kan ook gebruikt worden om tijdelijk duurzame energie ‘op te slaan’. Met behulp van elektrische energie en water kan waterstof geproduceerd worden, dat bijvoorbeeld bij omzetting in een brandstofcel of verbranding weer elektriciteit of warmte oplevert.

Vooralsnog is het overgrote deel van de waterstofproductie ‘grijs’; geproduceerd door het omvormen van fossiele brandstoffen. De World Energy Council liet vorige week al weten dat dat in het licht van de Klimaatdoelen anders moet en de industrie een ommezwaai dient te maken naar productie en gebruik van groen waterstof.

Onberekenbaar

Het waterstofconsortium North Sea Energy wil eind dit jaar de eerste waterstoffabriek op zee draaiend hebben en is een onderzoek gestart naar welke technieken hiervoor het meest geschikt zijn. Dat lost een aantal duurzame uitdagingen meteen op, zegt Jan Philipp Hofmann, universitair docent bij de vakgroep Inorganic Materials & Catalysis (TU/e-faculteit Scheikundige Technologie). “De productie van energie uit bijvoorbeeld wind is onberekenbaar. Tijdens een windluwe periode zijn er tekorten, flinke stormen zorgen juist voor een overschot. Zo’n energieoverschot is goed op te slaan via waterstof en dan is het heel efficiënt om dat dicht bij de productielocatie te doen.”

Zowel Hofmann als hoogleraar Chemical Process Intensification Martin van Sint Annaland benadrukt dat de hele cyclus groen moet zijn om over waterstof als duurzame brandstof te spreken. Van Sint Annaland: “Bij verbranding van waterstof komt alleen water vrij en geen andere verontreiniging. Als je waterstof dus eenmaal hebt, is het een heel schone brandstof. Productie van waterstof uit aardgas is nu verreweg het goedkoopst, ook omdat CO₂ gewoon wordt uitgestoten.”

Daar ligt volgens Hofmann ook een taak voor de overheid, door bijvoorbeeld CO₂-emissie te gaan belasten. “Op dit moment is groene waterstof nog niet competitief. Maar een life cycle-analyse, waarbij CO_2-uitstoot ook in de prijs wordt meegenomen, geeft een heel ander plaatje.”

Als tussenvorm kunnen we denken aan het afvangen van CO₂  - carbon capture - bij de grijze waterstofproductie, zegt Van Sint Annaland. “Wij werken aan nieuwe reactorconcepten hiervoor, waarbij zuivere CO₂ wordt afgevangen. Dat kan direct gebruikt worden om andere producten van te maken, of kan opgeslagen worden. Geen eindoplossing, maar op korte termijn zeker een logische eerste stap in de energietransitie. Uiteindelijk moet je naar een duurzame waterstofproductie, via elektrolyse. Dat kan goed op zee, maar het water voor die elektrolyse moet ‘schoon’ zijn; zout zeewater kan niet direct gebruikt worden. En de vraag is wat infrastructuur- en kostentechnisch het meest efficiënt is: stroom of waterstof transporteren? Ik denk dat we een combinatie moeten zoeken met zonne-energie, want ook de mogelijkheden op de Noordzee zijn niet eindeloos.”

Combineren energiebronnen

In de groep van Hofmann staat waterstofproductie met (foto)elektrolyse centraal. Zo promoveerde vorige week een van zijn PhD-studenten, Longfei Wu, op de mogelijkheid om elektrolysers met zonnecellen te combineren. “Ook deze methode kent als nadeel dat je afhankelijk bent, hierbij van zonlicht. Voor meer flexibiliteit is het combineren van verschillende elektriciteitsbronnen zeker wenselijk. Wil waterstof de brandstof van de toekomst worden, dan moet groen echt goedkoper. We kijken daarom ook naar het gebruik van goedkopere en meer beschikbare materialen in de elektrolysers. Hoewel het nog in de fundamentele fase zit, zijn de eerste resultaten veelbelovend”, aldus Hofmann.

De samenleving moet energiezuiniger, dat staat vast. En dat waterstof daaraan kan bijdragen ook. Maar, zegt Van Sint Annaland, we moeten technieken naast elkaar blijven ontwikkelen, en niet op één paard wedden. Hofmann: “En omdenken. Kleine stappen zijn echt niet meer genoeg.”