Tag: waterstof

To hype, or not to(o) hype: waterstof

Menig sterveling heeft vandaag een mening over waterstof.

Met de regelmaat van de klok worden hypotheses zoals “Onze volgende auto zal wel op waterstof rijden.” en “Binnenkort gaat ons huis verwarmd worden met een waterstofketel.” vandaag door sommigen als halve waarheden gepercipieerd.

In zo’n geval wordt er dan van mijnentwege voorzichtig gepolst naar de wetenschappelijke context achter deze stellingname. Enigszins teleurgesteld tracht ik daarna voorzichtig te argumenteren dat we tevreden mogen zijn indien eind volgend decennium alle gebruikte waterstof voor de industrie (momenteel 120 miljoen ton wereldwijd) duurzaam gaat opgewekt worden. Laat staan dat we nu reeds grijze H2 verspillend gaan gebruiken in auto’s of huizen terwijl de reeds functionerende alternatieven veel klimaatvriendelijker zijn.

Mogelijks is volgende feit redelijk confronterend, maar heden ten dage wordt er amper groene waterstof geproduceerd, en helaas is er binnen afzienbare tijd weinig verbetering in zicht. Geloven in wonderbaarlijke economische en geopolitieke correctere scenario’s is nobel, maar realistisch blijven is noodzakelijk. De vele inspanningen op vlak van productie, transport en opslag van waterstof die mondiaal gepland staan, zullen pas in een later stadium hun vruchten afwerpen.

To the point:

  • korte termijn energietransitie = elektrificatie
  • lange termijn energietransitie = elektrificatie + waterstof

Wil je meer duiding over het toekomstperspectief van waterstof ? Lees ‘Geopolitics of the Energy Transformation, the Hydrogen Factor’ van IRENA.

Metals for Clean Energy

In the IEA’s technology outlook, 11 clean energy technologies are considered:

  • Renewable power: solar photovoltaic, onshore and offshore wind, concentrating solar power, hydro, geothermal and biomass
  • Nuclear power
  • Electricity networks: transmission and distribution
  • Battery storage
  • Electric vehicles
  • Hydrogen: electrolysers and fuel cells
SIM2  KUL – Metals for Clean Energy: Pathways to solving Europe’s raw materials challenge.

Does size matter ?

De grootste Q-Max tankers die vloeibaar aardgas (-162°C, LNG) leveren zijn ongeveer 350 meter lang en 55 meter breed, ze zijn reusachtig.

Gaan we in de toekomst vloeibare waterstof (-253°C, LH2) importeren, dan gaat onze boot 2.5 keer groter (in volume) moeten zijn om eenzelfde hoeveelheid energie te transporteren. Ook de benodigde koeling (tot slechts 20°C boven het absolute nulpunt) vergt ongeveer 25% extra energie.

Het grootste LH2-schip van vandaag transporteert 1.250 m3 vloeibare waterstof. De grootste LNG-tanker verscheept ongeveer 265.000 m3 vloeibaar aardgas. Rekening houdend met de totale hoeveelheid verscheepte energie, zouden er vandaag zo’n 500 LH2-schepen nodig zijn om 1 LNG-tanker te vervangen.

Vloeibare groene waterstof (of ammoniak, NH3) uit energierijke oorden zal nog niet snel onze haven bevoorraden.

Nog vele jaren zullen onze duurzame dromen regelmatig geconfronteerd worden met de mogelijkheden van vandaag. De weg naar een groenere wereld is nog lang en daarom blijft het vandaag onze kerntaak om zo veel mogelijk in te zetten op energie-efficiëntie, en om zo weinig mogelijk broeikasgassen te produceren.

Groene H2: fluo of camouflage ?

Vandaag is nagenoeg 100% van onze waterstof grijs. Aangezien de energietransitie kersvers is staan we nog maar aan de start van een ecologisch waterstoftijdperk. Willen we deze blauwe planeet een dienst bewijzen, dan zetten zijn bewoners beter in op groene H2 (en blauwe op termijn) en valideren we ons reddingsmiddel waterstof best ook op basis van gebruik: nuttig of verspilling.

Waterstof is een hoogwaardig goedje dat niet verkwist mag worden. Blauwe waterstof staat nog in z’n kinderschoenen. Ondertussen infiltreert groene waterstof sneller in onze wereld van de wetenschap en klopt het steeds harder op de toegangspoort van onze beleidsmakers. Doch loert er een gevaar om de hoek: dat economische motieven van machtige bedrijven zouden primeren op onze algemene belangen. Potentiële winstbronnen mogen niet belangrijker zijn dan ons collectieve streven naar een betere wereld. Greenwashing is not done !

Voortschrijdend inzicht dwingt ons groene waterstof op te delen in twee categorieën: fluogroen en camouflagegroen.

Fluogroene waterstof is waterstof die door groene elektriciteit wordt geproduceerd én die gebruikt wordt omdat dit het meest duurzame alternatief is. Zoals bijvoorbeeld voor kunstmest, methanol, zeer hoge temperatuur processen als de staal- en cementindustrie, … en zal in de toekomst steeds meer bestaansrecht hebben.

Camouflagegroene waterstof is ook waterstof die door groene elektriciteit gemaakt wordt maar, deze wordt daarna de facto verkeerd gebruikt omdat het alternatief veel beter is. Zoals bij lage temperatuur toepassingen (bv. verwarming gebouwen), auto’s, … zijn er betere alternatieven. Blenden (= toevoegen aan het aardgasnetwerk) is not done, zoals bij whisky is de single malt aanbevelenswaardig. Camouflagegroene waterstof is te vermijden wegens verspilling van de kWh. Meestal is directe elektrificatie hierbij de betere keuze.

De manier van produceren is dus dezelfde, maar de toepassing/gebruik is anders. De kleur wordt gekoppeld aan de productiemethode én aan de toepassing. Het misbruik van camouflagegroene waterstof zorgt linea recta voor minder fluogroene waterstof, en dit moeten we willens nillens vermijden.

Zijn er duurzamere alternatieven ? Is de effectiviteit te laag ? Kunnen we de groene stroom anders en beter gebruiken ?

Ja: camouflage. Neen: fluogroen en doen !

De waterstofauto …

… wordt het de eerstkomende jaren (lees: decennia) niet.

Toch niet indien we de kWh als hoofdargument in de analyse gebruiken. Een gewone elektrische auto (BEV, met batterijen) rijdt met eenzelfde hoeveelheid energie 3x verder dan een minder gewone elektrische auto (FCEV, fuel cell elektrische auto met exact dezelfde elektromotor als de BEV).

Waterstof (H2) is het meest voorkomende element op onze aarde, maar steeds zit het verpakt in grotere moleculen. Het is verbonden aan andere atomen zoals zuurstof (H2O) of koolstof (bv. aardgas CH4). Het daarvan loskrijgen vergt heel veel energie (zie verspillingsdiagram hierboven) en/of genereert veel CO2.

Woon je in een land waar er het gros van de tijd een overschot aan groene elektriciteit is, dan maakt de waterstofauto een grote kans om op het hoogste podium te staan. Idem dito voor het land waar ze reeds CO2 opvangen en gebruiken of stockeren (CCU en CCS). Beide gevallen zijn vandaag nog onbestaande.

De essentie van energietransitie:

  • de kWh zo duurzaam mogelijk opwekken
  • zo weinig mogelijk kWh’s gebruiken
  • efficiëntie, efficiëntie, …

Groenerleven.be is een groot voorstander van waterstof (gebruik het tenslotte thuis zelf om m’n elektriciteit mee te maken), maar ik zie deze energiedrager liever niet gebruikt worden voor personenwagens (en voor verwarmingsketels in gebouwen).

Smart grid 2.0

Naar Japans model: hoge rendementen uit biogas, waterstof en elektromotoren, samen met zonnepanelen en batterijen.

Binnenkort bij een standaard gezin: een huis met zonnepanelen, warmtepomp en brandstofcel (FC, Fuel Cell), een grote BEV (Battery Electric Vehicle) voor dagelijks gebruik en een kleine BEV voor sporadisch gebruik.

De brandstofcel draait van oktober tot april op volle kracht (1.5 kW) en in de zomermaanden op lage kracht (0.5 kW) want dan neemt de zon deels de functie van de krachtcentrale over.

Overdag stockeert de kleine EV (35 kWh, 20.000€) de elektrische energie in zijn batterij. Tijdens de avondpiek geeft hij zijn vermogen af aan het huis en aan het elektrisch netwerk in de straat (lees: de buren). Tijdens de nacht ontlaadt de kleine EV verder in de grote EV (75 kWh) en wordt de grote EV ook opgeladen door de FC.

En de dag erna opnieuw van hetzelfde …

Voordelen:

  • Geen verzwaring nodig van ons duur elektrisch netwerk
  • Biogas geeft groene waterstof geeft groene elektriciteit, CO2 = 0
  • 1 kWh gas is 6 keer goedkoper dan 1 kWh elektriciteit, investeringskost is dus snel terugverdiend
  • Rendement EV = 3x hoger dan rendement verbrandingsmotor
  • Rendement FC = 2.5x hoger dan huidig elektrisch rendement uit stopcontact
  • Totaal verbruik huis + auto’s = verbruik oude gasketel (20.000 kWh/jaar)
  • Geen extra verbruik van auto’s

Schaken op z’n Japans. Het klinkt ingewikkeld, maar is het niet. Alle technieken zijn operationeel en betrouwbaar. Er zijn vandaag ongeveer 300.000 brandstofcellen in Japan, tegen 2030 worden dat er 5 miljoen die decentraal groene elektriciteit opwekken. Grote centrales met lage rendementen en dure elektrische infrastructuur is niet nodig.

Wat houdt ons dan tegen ? Onbekend = onbemind.

Weg met de C ?

Hoe meer koolstofatomen we verbranden, hoe slechter voor onze atmosfeer. Er is een overvloed aan zon, wind en water om vanuit deze duurzame bronnen voldoende alternatieve brandstoffen (waterstof, methanol, …) en elektriciteit te maken om te voldoen aan de verzuchtingen van onze consumptiemaatschappij. De winsten op lange termijn zijn onbetaalbaar.

Tip: Haal uw centen van het spaarboekje en investeer mee in een propere toekomst.