Waterstof: geen energiebron, maar energiedrager

Omdat waterstof (H2) licht ontvlambaar is, kan het dienen als brandstof. In tegenstelling tot koolwaterstoffen (zoals fossiele brandstoffen), komt bij de verbranding van pure waterstof geen CO2 vrij, maar alleen waterdamp, zoals blijkt uit de onderstaande reactievergelijking:
2 H2 + O2 → 2 H2O
De energie die hierbij vrijkomt kan prima worden toegepast. Zo kunnen auto's op waterstof rijden, wanneer ze zijn uitgerust met een waterstofbrandstofcel. Waterstof vormt daarom een van de opties om het snel wegvallende aanbod van aardolie na Peak Oil op te vangen.

Maar de aarde herbergt geen grote voorraden waterstof. Om aan de brandstof te komen, moet deze eerst worden gemaakt. Dat kan door de bovenstaande reactie om te draaien:
2 H2O → 2 H2 + O2
Bij deze reactie is toevoer van energie (elektriciteit) nodig. Alleen wanneer deze elektriciteit door middel van duurzame energie wordt opgewekt, is ook de toepassing van waterstof als alternatief voor benzine en diesel duurzaam te noemen. Daarmee is waterstof dus geen energiebron, maar een energiedrager, of medium.

Waterstof kan ook worden gemaakt uit fossiele brandstof. Dit gebeurt nu al op grote schaal in bijvoorbeeld de chemie kunstmestindustrie. Bij deze productie komt pure CO2 uit de pijp. In feite zijn deze fabrieken de eerste logische kandidaten voor CCS.

De benodigde technieken voor het gebruik van waterstof als brandstof zijn in theorie allemaal beschikbaar. Bij grootschalige toepassing (de zogeheten 'waterstofeconomie') is evenwel ook investering in infrastructuur nodig, om het gas van de productielocaties te vervoeren naar verdeelpunten ('waterstoftankstations'). Een soortgelijke uitdaging is gekoppeld aan de toepassing van CCS, waarbij grootschalige sequestratie alleen mogelijk is met een onafhankelijk netwerk van gasleidingen voor CO2.

Waterstof is niet het enige alternatief voor het gebruik van aardolie in het wegverkeer. Naast biobrandstoffen (biodiesel en bio-ethanol) krijgt elektriciteit steeds meer aandacht: inmiddels kunnen auto's ruim 400 kilometer rijden op een batterij, gekoppeld aan een electromotor, zonder prestatieverlies. Wanneer elektrische auto's hun intrede doen, zal de tussenkomst van waterstof als energiedragend medium wellicht overbodig zijn.

Waterstofverbranding vindt feitelijk ook plaats bij de verbranding van methaan (CH4), het hoofdbestanddeel van aardgas en biogas. Tijdens deze reactie worden zowel het koolstofatoom (C) als de vier waterstofatomen (H) aan zuurstofatomen gebonden volgens de volgende reactievergelijking:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
Bij beide processen komt energie vrij. Dat is ook de reden dat de verbranding van aardgas (nog afgezien van roet en andere verontreinigingen) 'beter' is voor het klimaat dan de verbranding van steenkool. Steenkool bevat veel meer pure koolstof, die in roosterstructuren aan elkaar is gebonden, waarbij weinig plek is voor waterstofatomen. Dat betekent dat bij steenkool een veel groter deel van de energie wordt opgewekt door verbranding van koolstof en dat daarmee de relatieve CO2-uitstoot aanzienlijk hoger is (en de uitstoot van waterdamp lager). Niettemin worden bij alle fossiele brandstoffen in absolute zin grote hoeveelheden CO2 uitgestoten.

Het element waterstof zal in de toekomst overigens nog een heel andere rol kunnen spelen in de duurzame energievoorziening. De waterstofisotopen deuterium en tritium vormen de grondstof voor (commerciële) kernfusie, een proces dat na 2050 wellicht een belangijke rol kan spelen in de opwekking van duurzame elektriciteit (voor begrip zie: groene stroom).

© www.hier.nu / Rolf Schuttenhelm