Broodje aap en Brood geeft energie
In deze laatste lunchlezing over het thema 'energiecrisis' laat dr. Petra de Jongh ons kennismaken met waterstof. Hiermee creëert ze een repliek op de voorgaande drie lezingen rondom dit thema. Zonne-energie en windenergie zouden de uitkomst bieden voor het steeds maar groter wordende energievraagstuk. Maar van de zon kunnen we alleen overdag profiteren en hij schijnt niet altijd even sterk en ook de wind waait niet overal even hard. Aanlevering van energie uit deze bronnen is dus niet constant en niet altijd op vraag aanleverbaar. De huidige opslagmogelijkheden zijn miniem. Er is grote behoefte aan een oplossing hiervoor, welke via waterstof kan worden verwezenlijkt.
Fossiele brandstoffen zijn de motor waar onze huidige maatschappij op draait. Deze voorraad wordt echter steeds kleiner en gaat gepaard met een alarmerende verhoging van de CO2- uitstoot. Fossiele brandstoffen zijn met name geclusterd in het Midden-Oosten, waardoor de rest van de wereld in een afhankelijke positie zit. Het wereldwijde energieverbruik stijgt ook schrikbarend door opkomende welvaartsstaten. Zowel vanuit de politiek als het milieu is er vraag naar alternatieven voor fossiele brandstoffen voor de lange termijn.
Wat heeft waterstof in dit geheel te betekenen? In theorie bestaat er een oneindige voorraad aan zonne- en windenergie. De beschikbaarheid hiervan loopt echter niet parallel met het dagelijkse energieverbruik. Er is dus behoefte aan een buffercapaciteit van deze vormen van energie. Een behoefte waarin waterstof als energiedrager uitkomst kan bieden.
Waterstof (H2) is onder normale omstandigheden een gasvormig molecuul. Ten opzichte van andere bekende brandstoffen heeft waterstof een extreem hoge energiedichtheid. Deze energie kan op twee manieren worden vrijgemaakt: via directe verbranding door reactie met zuurstof en via een brandstofcel. Voor het energievraagstuk is de tweede optie bruikbaar, aangezien deze elektriciteit oplevert naast water.
Een hoge energiedichtheid en schone eindproducten maken waterstof een ideale energiedrager. Er is alleen één groot nadeel. Waterstof komt niet als vaste stof op aarde voor. Het kan niet als primaire energiebron dienen, maar moet worden geproduceerd uit een andere energiebron. Aardgas, aardolie en kolen zijn daar erg geschikt voor, maar dat leidt niet tot oplossing van het energievraagstuk.
Maar waterstof kan ook worden geproduceerd uit water via elektriciteit. Hierdoor ontstaat een vicieuze cirkel. De elektriciteit die nodig is voor productie van waterstof kan uit allerlei energiebronnen zijn opgewekt, dus ook uit zonne- en windenergie. Door deze energie te laten reageren met water wordt het opgeslagen in de vorm van waterstof. Wanneer nodig kan vervolgens via een brandstofcel deze energie weer worden vrijgemaakt. Dit maakt waterstof een enorm flexibele energiedrager.
Opslag via waterstof gaat, zoals bij elke omzetting, gepaard met een zeker energieverlies. De efficiëntie van waterstof als energiedrager is gemiddeld 50%. Direct gebruik van duurzame energie is dus veel rendabeler. Opslag via waterstof is om die reden dan ook alleen zinvol wanneer het nodig is. Zo kunnen de wasmachine en de vaatwasser 's avonds draaien op zonne-energie die overdag is opgewekt.
Opslag is mogelijk op grote schaal en waterstof kan worden vervoerd. De veiligheid van waterstof kan worden vergeleken met de huidige brandstoffen. Het kan branden en het kan exploderen, maar met de juiste veiligheidsvoorschriften zijn deze problemen niet onoplosbaar.
Ook op kleinere schaal kan waterstof worden toegepast. De meest veelbesproken toepassing is de auto. Auto's hebben een groot aandeel in de CO2-uitstoot (25%) en een zogenaamde elektrische auto met waterstof als brandstof kan aan reductie bijdragen. Realisatie hiervan vereist echter nog enige technische ontwikkeling.
Waterstof bevat veel energie per kilogram, maar per liter is de energiedichtheid erg laag. Per gereden kilometer bijtanken is niet erg praktisch. Daarom wordt er gekeken naar mogelijkheden voor de verhoging van de energiedichtheid per liter. Een hoopgevend alternatief hiervoor is metaalhybride. Waterstof vermengd met metaal, een metaalhybride, levert een hoge energiedichtheid, maar ook extra gewicht. De lichte metalen zijn niet erg geschikt, vanwege instabiliteit en een hoge werktemperatuur. Een nieuw onderzoeksgebied is echter de verwerking van waterstof in metalen nanodeeltjes. Eigenschappen van moleculen veranderen namelijk op nanoniveau. Lichte metalen kunnen hierdoor wel de juiste eigenschappen krijgen, waardoor toepassing van metaalhybride als brandstof voor elektrische auto's realistisch wordt.
Samengevat kan worden geconcludeerd dat waterstof als energiedrager een enorme bijdrage kan leveren aan de veranderingen in het energielandschap. Het kan een van de grootste problemen van duurzame energie ondervangen, doordat het opslag van bijvoorbeeld zonne- en windenergie mogelijk maakt. Opwekking van energie en vraag ernaar kunnen op deze manier op elkaar worden afgestemd. Daarnaast is toepassing niet alleen mogelijk op grote schaal, maar ook op kleinere schaal in de vorm van bijvoorbeeld elektrische auto's met brandstofcellen.
Blog naar aanleiding van de lunchlezing – Energiecrisis: Welke rol kan waterstof spelen? Door dr. Petra de Jongh. Woensdag, 29 april 2009
