Waterstof (H2) is het lichtste gas van de wereld. Een groot bierglas vol (0,5L) weegt 0,045 gram. Vervolgens haal je uit 650 bierglazen waterstof genoeg energie om de frituurpan één klein uur aan te zetten (1kWh) onder ideale omstandigheden en 100% efficiëntie. Waterstof heeft dan ook een lage energie dichtheid per volume maar een hoge energie dichtheid per massa. Oftewel, het is veel tillen maar het is niet zwaar. Ideaal dus voor processen waar je wel ruimte hebt maar niet te veel gewicht wil.
Waterstof wordt op dit moment vooral gebruikt in de productie van kunstmest, maar er zit veel meer potentie in. In de toekomst kan waterstof een cruciale rol spelen in hoge-temperatuurprocessen zoals staalproductie, waar elektrificatie minder praktisch is. Daarnaast biedt waterstof een aantrekkelijke oplossing voor energieopslag. Dit proces kan helpen om het elektriciteitsnet stabiel te houden door overtollige energie die wordt opgewekt door zonnepanelen en windturbines tijdelijk op te slaan. Voor transport is waterstof met name geschikt voor het overbruggen van lange afstanden, zoals bij vrachtwagens en schepen. In deze sectoren vormen de beperkingen van batterijen, zoals gewicht en laadtijd, momenteel een groot obstakel, waardoor waterstof een goed alternatief zou kunnen zijn.
Er zijn verschillende soorten waterstof: grijs, blauw en groen. Bijna alle waterstof die op dit moment geproduceerd wordt is grijs. Aardgas wordt uit methaan geproduceerd door middel van hoge druk stoom (H2O) met aardgas (CH4). Voor de scheikundig onderlegde onder ons zien we al snel dat dit een rest product met zich mee levert, Koolstofdioxide: 2H2O + CH4 → 4H2 + CO2. Er bestaat ook blauwe waterstof. Blauwe waterstof is eigenlijk precies hetzelfde als grijze waterstof behalve dat (80-90%) van de koolstofdioxide (CO2) opgevangen wordt. Tot slot heb je ook de heilige graal: groene waterstof. Water (H2O) omzetten met behulp van (groene) stroom naar waterstof (H2) en restproduct zuurstof (O2).
We zijn natuurlijk veel meer geïnteresseerd in het gebruik van groene waterstof. Maar hoe winnen we waterstof uit water? Het begint met het opwekken van groene energie die wordt gebruikt voor het proces van elektrolyse. Tijdens elektrolyse wordt water (H₂O) gesplitst in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂) door middel van gelijkstroom door het water te leiden. De geproduceerde waterstof kan vervolgens worden opgeslagen in een tank. Wanneer de waterstof gebruikt wordt in een brandstofcel is er alleen zuurstof nodig. Dit proces genereert elektriciteit en produceert schoon water. Moeilijk te omvatten? Kijk dan even naar het plaatje.
Waterstof biedt zeker voordelen maar er zijn ook nog uitdagingen. Een belangrijk voordeel is dat voertuigen en machines niet opgeladen hoeven te worden zoals met elektriciteit. Bovendien zou groene waterstof volledig CO₂-neutraal opgewekt en gebruikt kunnen worden. Toch zijn er ook nog uitdagingen. Ten eerste, is het productieproces van groene waterstof inefficiënt; er gaat veel energie verloren tijdens elektrolyse, transport en omzetting naar elektriciteit. Ten tweede, is op dit moment is waterstof vooral geschikt voor constant gebruik, omdat grootschalige opslag en flexibiliteit nog beperkt zijn. De opslag van energie brengt hoge kosten met zich mee, vooral wanneer het nodig is om het volume te verkleinen door de energie in vloeibare vorm op te slaan. Dit proces vereist dat de stof wordt afgekoeld tot -253°C, waarbij ongeveer 10% van de energie verloren gaat. Ten slot, het transport en de opslag zijn complex door de lichte en ontvlambare aard van waterstof. De uitdagingen liggen in het verhogen van de efficiëntie, het ontwikkelen van betere opslag- en transportoplossingen. Door deze uitdagingen te tackelen zou waterstof een goede oplossing kunnen zijn binnen de energietransitie.
