KELLER Nieuwsbrief

Communicatie wordt steeds belangrijker. Zowel tussen producten als tussen mensen. Met onze nieuwsbrief ontvang je iedere twee maanden kort en krachtig KELLER nieuws.

De generatie van Waterstof

1 Gerd Altmann chemistry 6998952 1920Vorige keer sloten we ons verhaal af met de zin ”Volgende keer kijken we naar de generatie van waterstof.” Die kun je natuurlijk op meerdere manieren uitleggen. Het opwekken van waterstof, de toekomst van waterstof, de mensen die geloven in waterstof. Te veel voor één verhaal. Dus beginnen we met de opwekking. En wie weet wat er nog meer volgt.

Waterstof wordt gezien als de energiedrager van de toekomst. In ons vorige artikel keken we naar de eigenschappen en uitdagingen. Nu kijken we naar de opwekking. Als je research doet naar waterstof, kom je veel verschillende productiemethodes tegen. Daarbij wordt door middel van kleuren iets gezegd over de (duurzaamheid van de) productiemethode. Bruin, grijs, groen, blauw, turquoise, roze, paars, alles wordt door elkaar heen gebruikt. Genoeg verwarring om de geïnteresseerde leek het spoor compleet bijster te laten raken. Maar: wij helpen graag.

Meest voorkomend element
Allereerst, wat is waterstof? Waterstof is het kleinste, lichtste en meest voorkomende element op de planeet. Het is het eerste atoom op de periodieke tabel, aangeduid met de letter H. Als we spreken over waterstof, bedoelen we eigenlijk diwaterstof of moleculair waterstof - H2, oftewel twee waterstofatomen die aan elkaar vastzitten. Het is een kleur- en geurloos gas en waterstof kan de belangrijkste energiedrager worden. Alleen zit het waterstofatoom altijd vast aan een ander element. Dit waterstofgas, zoals we het ook wel noemen, moet dus eerst ‘losgemaakt’ worden. Daarvoor is energie nodig en waterstof neemt een deel van die energie op. We noemen het daarom geen energiebron maar een energiedrager. Waterstof kan meer energie opnemen dan welke andere stof ook en geeft die bij verbranding weer vrij als energie.

Om waterstof te maken, oftewel los te maken, kun je verschillende manieren gebruiken. Afhankelijk van de gekozen manier, is waterstof meer of minder duurzaam. En natuurlijk willen we dat zo duurzaam mogelijk. Zodat we groene waterstof krijgen. Want waterstof is in het gebruik altijd even schoon, maar in de opwekking zit het verschil.

Waterstof wordt niet alleen als energiedrager gebruikt, maar ook als bouwsteen in de industrie. Het wordt dan gebruikt om andere stoffen mee te maken. Bijvoorbeeld Ammoniak, waarmee vervolgens kunstmest wordt gemaakt. Op dit moment gebruiken we in Nederland waterstof vooral in de industrie en nog weinig als energiedrager.

Grijs
Grijze waterstof wordt gemaakt vanuit koolwaterstoffen, meestal aardgas. In grote reformers (steam methane reforming – SMR of auto thermal reformers ATR) wordt het methaan, het belangrijkste bestanddeel van aardgas, omgezet in waterstof. Hierbij komt voor iedere kilo waterstof zo’n zeven à acht kg koolstofdioxide vrij. De goedkoopste manier, maar ook de vervuilendste manier van het produceren van een ‘schone’ brandstof. Het methaan reageert op hoge temperatuur - 700 tot 1100 °C - en hoge druk - 25 bar - met water. Om de benodigde hitte van tussen de 700 en 1000 graden Celsius te verkrijgen, wordt een deel van het methaan verbrandt. Met als resultaat de vorming van waterstof (H2) en CO2 gevormd.

CH4 + 2H2O + energie –> 4H2 + CO2

Ongeveer 75% van de energie van het aardgas wordt opgeslagen in het waterstof. De overige 25% gaat verloren. Het energieverlies en de CO2-uitstoot maken dit proces minder efficiënt dan gewenst.

1 akitada31 hydrogen 6348145 1920Blauw
De CO2 die vrijkomt bij de productie van grijze waterstof kan deels worden afgevangen en opgeslagen of als grondstof worden gebruikt. Hiermee schuift de kleur van deze waterstof op naar blauw. Deze opslag kent voor- en tegenstanders vanwege de haalbaarheid op de lange termijn van de opslag.

In ons eigen land ontwikkelde TNO een technologie om bestaande industriële productieprocessen schoner te maken. Hiermee kan CO2 worden afgevangen en tegelijkertijd kan er blauwe waterstof worden geproduceerd. Deze SEWGS- technologie is in Nederland ontwikkeld en produceert blauwe waterstof uit industriële restgassen en synthesegas. Een manier voor de industrie om goedkoop, energiezuinig en grootschalig waterstof mee produceren. SEWGS staat voor Sorption Enhanced Water Gas Shift en is een combinatietechnologie die synthesegas omzet in waterstof en kooldioxide. In dezelfde reactor wordt het kooldioxide van het waterstofgas gescheiden. Welk proces er ook wordt gebruikt, bij zowel grijze als blauwe waterstof is nog steeds sprake van een fossiele basis.

Groen
Een andere manier om waterstof te maken is met behulp van elektrolyse. Er zijn verschillende technieken om dit te doen, de twee meest voorkomende zijn Alkaline Elektrolyse (AE) en Proton Exchange Membrane (PEM). Simpel gesteld wordt er in een elektrochemische cel elektriciteit door water heen gestuurd waarbij zuurstof en waterstofgas wordt gevormd. Elektriciteit wordt dus gebruikt om water te splitsen. Bij dit proces komt geen CO2 vrij.

2H20 + elektriciteit –> 2H2 +02

50 tot 70% van de gebruikte energie wordt opgeslagen in het waterstof. Dankzij elektrolyse kan de elektriciteit van bijvoorbeeld windmolens en zonneparken worden opgeslagen en op afroep worden gebruikt. Zo kan het goed ingepast worden in ons energiesysteem. Hiermee wordt tegelijk de groei van deze duurzame energiebronnen gestimuleerd.

Een ander voordeel van groene waterstof is de kwaliteit. De zuiverheid van groene waterstof is hoger dan van blauwe en grijze waterstof. De groene waterstof kan direct worden toegepast in bijvoorbeeld de brandstofcel van een voertuig. Blauwe en grijze waterstof kennen een lagere zuiverheid, waarmee die vooral geschikt zijn voor industriële toepassingen.

Alternatieven

Behalve deze genoemde kleuren is er nog paarse of roze waterstof, die door kernenergie wordt verkregen. Turquoise waterstof wordt gemaakt met de molten metal pyrolyse technologie. Aardgas wordt door een gesmolten metaal geleid waarbij zowel waterstofgas als vaste koolstof worden gevormd. Dit laatste kan een nuttige toepassing zijn in bijvoorbeeld autobanden. Deze technologie heeft het laboratorium nog niet verlaten.

En waar nog geen kleur aan is gegeven is een techniek die vaak wordt genoemd, de algenbioreactor. Al zo’n 25 jaar geleden ontdekte men dat wanneer je algen onthoudt van zwavel, ze via gewone fotosynthese overschakelen op de productie van waterstof in plaats van zuurstof. Deze techniek is nog volop in ontwikkeling.

Waterstof staat bij KELLER hoog op de agenda. KELLER heeft reeds diverse sensoren speciaal voor waterstof. Omdat wij onze blik het liefst op de toekomst richten en met onze sensoren het verschil kunnen maken. Een verschil voor een schone energiedrager en dus een belangrijke ontwikkeling!

 

Topsector Energie

 

De meest gebruikte waterstof wordt nu vooral toegepast in de industrie en is grijs. Die waterstof verduurzamen en waterstof toepassen voor mobiliteit, lijken de eerste stappen naar het meer inzetbaar maken van deze energiedrager. Maar nu is waterstof nog een dure brandstof, dus wordt hij niet veel gebruikt in de mobiliteit. Als hij meer gebruikt wordt, wordt ie vanzelf goedkoper. Zo’n stereotiep kip-ei-verhaal, dus. Tijd voor de Topsector Energie om zich ermee te bemoeien.

 

De overheid heeft verschillende Topsectoren benoemd. Gebieden waar het Nederlandse bedrijfsleven en onderzoekscentra wereldwijd in uitblinken. De Topsector Energie stimuleert innovaties die nodig zijn voor de overgang naar een betaalbaar, betrouwbaar, veilig en duurzaam energiesysteem. Bedrijven, kennisinstellingen, overheden en maatschappelijke organisaties werken in deze topsector samen aan het energiesysteem van de toekomst.

 

Nieuwsbriefarchief