| 
Analyse - Wiebe Eekman
Belangrijke doorbraak in groene energie: waterstofgas uit zeewater
Omdat de zon niet altijd schijnt en er niet steeds wind is, is een van de belangrijkste vraagstukken voor de komende energietransitie het kunnen bufferen van opgewekte groene energie. Zopas is op dat vlak een doorbraak gerealiseerd in China door de productie van waterstof uit zeewater.
Ideale batterij
Waterstof is het meest lichte, meest vluchtige en tegelijk meest energierijke element uit de tabel van Mendeljev. Maar waterstof komt niet vrij in de natuur voor. Het zit gebonden in water, in aardgas, olie en steenkool, en uiteindelijk ook in alles wat uit organisch materiaal bestaat. Waterstof moet dus geproduceerd worden.
Tabel van Mendeljev. Foto: NCSSM, Flickr / CC BY-NC-SA 2.0
Waterstof wordt al massaal gebruikt in onze industrie. Waterstof maakt twee procent uit van de wereldmarkt in energie. Om commerciële redenen gaat in onze kapitalistische markt-maatschappij de voorkeur naar productie van waterstof uit aardgas. Daarbij komt voor elke kg waterstof elf kg CO2 vrij. Niet erg klimaatvriendelijk.
Op wereldschaal wordt bijzonder weinig van de commerciële waterstof op duurzame wijze geproduceerd door elektrolyse van water met behulp van stroom uit wind en zon.
Bij de productie van waterstof uit aardgas komt voor elke kg waterstof elf kg CO2 vrij. Niet erg klimaatvriendelijk.
Om klimaatredenen zou de waterstofproductie op groene basis opgeschaald moeten worden met een factor miljoen. Het teveel aan stroom op piekmomenten van wind en zon kan gebufferd worden door elektrolyse van water en zo het evenwicht op het stroomnet waarborgen.
Waterstof is ideaal om onze zware industrie te vergroenen. Waterstof is ook ideaal om al ons zwaar vervoer te vergroenen. Brandstofcellen gevoed met waterstof produceren stroom.
Een bus van Van Hool op waterstof. Foto: Matti Blume, Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0
Een brandstofcel gecombineerd met een waterstof-opslagvat is veel compacter dan een batterij met hetzelfde vermogen. In België past autobusbouwer Van Hool dat toe in zijn autobussen. In het Nederlandse Groningen en in Duitsland rijden elektrische treinen op basis van een brandstofcel met waterstof op lijnen waar geen stroom voerende bovenleiding is. Dat ter vervanging van de diesellocomotieven.
Op dat vlak loopt China voor. Het land investeert massaal in de waterstof-infrastructuur en heeft al een hogesnelheidslijn lange afstand die op waterstof rijdt.
Hoopvolle pistes
Elektrolyse. Foto: Hoekroeaxy, Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0
Elektrolyse van water is al zo oud als de straat, het bestaat al sinds de 19de eeuw. Vandaag worden die toestellen verbeterd en gemoderniseerd, ook hier in België. Elektrolyse splitst water door een gelijkstroom door water te sturen. H2O splitst dan in 2H+ en O2-. Aan de positieve anode borrelt dan de zuurstof op, aan de negatieve kathode borrelt waterstof op.
Algemeen moet het gebruikte water zeer zuiver zijn om de installatie te beschermen. Aan de universiteit van Leuven wordt daarom geëxperimenteerd met zonnepanelen die rechtstreeks de luchtvochtigheid benutten om waterstof te produceren. Dat vocht is 100 procent zuiver. Beloftevol, maar nog niet commercieel beschikbaar.
Zeewater is stukken meer beschikbaar dan zuiver zoet water. Probleem: de negatief geladen chlooratomen in het zout tasten in de kortste keren de positieve anode aan, zodat de productie stilvalt. In de VS proberen ze dit op te lossen door de anode te bedekken met een nano dunne speciale legering. Ze hebben enig succes, maar het is nog niet gecommercialiseerd.
Een andere piste die op het Nederlandse Waddeneiland Texel wordt getest combineert een brandstofcel met de zuivering van zeewater door een membraamfiltratie. Bij een brandstofcel wordt niet enkel stroom geproduceerd, maar ook warmte.
Het ei van Columbus is die warmte terug te koppelen aan de membraanfiltratie, waar daarmee een pak energie in de filtratie bespaard wordt. Zij gebruiken één derde van het geproduceerde zuiver water voor de waterstofproductie en twee derden voor de levering van zoet water voor huishoudelijk of industrieel gebruik.
Uit China komt de melding van een derde hoopvolle piste. Zij omzeilen het ontzouten van zeewater door een zeewater-dicht, maar waterdamp-open membraam te plaatsen voor het elektrolysedeel. De zuivere waterdamp dringt door het membraam en wordt zonder problemen gesplitst. Door de druk aan de andere kant wordt die damp steeds spontaan zonder mechanische interactie aangevuld.
De Chinese wetenschappers van de Shenzhen Universiteit en van de Nanjing Technische Universiteit installeerden hun ontdekking in de Shenzhen Baai. Ze produceerden meer dan een miljoen liter waterstof op een tijdspanne van 133 dagen, zonder enige onderbreking. Meer dan drieduizend uren draaien zonder onderbreking is een record in productiestabiliteit.
Het ziet er in elk geval zeer hoopvol uit.
