Waterstof is het eerste element in het periodiek systeem. In zijn zuivere vorm is waterstof een licht, kleurloos gas, maar vormt een vloeistof bij zeer lage temperaturen.

Heb je ooit de lancering van een spaceshuttle gezien? De brandstof die wordt gebruikt om deze enorme structuren weg te duwen van de zwaartekracht van de aarde is waterstof.

Waterstof heeft ook potentieel als energiebron voor onze dagelijkse activiteiten - autorijden, onze huizen verwarmen, en misschien wel meer.

Deze maand opende de federale coalitieregering een openbare raadpleging over een nationale waterstofstrategie. Labour heeft ook toegezegd geld opzij te zetten voor de ontwikkeling van schone waterstof. Tijdens de bijeenkomst van de COAG-ministers van Energie in december 2018 bleek dat er grote steun was voor een waterstofeconomie.

Maar is Australië klaar om deze competitieve, koolstofarm energiealternatief voor woningen, reclame, industrie en transport?

Er zijn twee belangrijke aspecten bij het beoordelen van onze gereedheid voor een waterstofeconomie:technologische vooruitgang (kunnen we het echt doen?) en maatschappelijke acceptatie (zullen we het gebruiken?).

Is de technologie volwassen genoeg?

De waterstofeconomiecyclus bestaat uit drie belangrijke stappen:

• waterstofproductie
• waterstof opslag en levering
• waterstofverbruik – het omzetten van de chemische energie van waterstof in andere vormen van energie.

waterstof productie

Wil waterstof een belangrijke toekomstige brandstof worden, waterelektrolyse is waarschijnlijk de beste productiemethode. In dit proces, elektriciteit wordt gebruikt om watermoleculen te splitsen in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂).

Deze technologie wordt commercieel haalbaar wanneer elektriciteit tegen relatief lage kosten wordt geproduceerd door hernieuwbare bronnen zoals zon en wind. De kosten kunnen in de nabije toekomst verder dalen naarmate de productietechnologie efficiënter wordt.

Waterstof opslag en levering

Effectieve opslag en aflevering zijn essentieel voor het veilig en efficiënt omgaan met grote hoeveelheden waterstof.

Omdat het erg licht is, waterstof is conventioneel onder hoge druk gecomprimeerd, of vloeibaar gemaakt en opgeslagen bij een extreem lage temperatuur van -253℃. Het nemen van deze stappen vereist een extra energie-investering, dus de efficiëntie daalt tot 40%. Maar de huidige opslag en levering van waterstof berust nog steeds op deze twee technologieën – compressie en liquefactie – omdat ze zijn bewezen en ondersteund door een gevestigde infrastructuur en ervaring.

Een andere optie die wordt onderzocht (maar die verder moet worden ontwikkeld) is om waterstof te combineren met andere elementen, en laat het vervolgens los wanneer dit nodig is voor gebruik.

Momenteel, de meeste auto's met waterstofbrandstofcellen gebruiken met koolstofvezel versterkte tanks om sterk gecomprimeerd waterstofgas op te slaan. De kosten van tanks zullen moeten dalen om deze optie economischer te maken (momenteel meer dan enkele duizenden Amerikaanse dollars per eenheid).

Waterstof gebruiken als brandstof

Er zijn twee manieren om de chemische energie in waterstof om te zetten in bruikbare energie (elektrische energie of warmte-energie). Beide benaderingen produceren water als bijproduct.

Een primitieve en ongecompliceerde manier om waterstof te gebruiken is om het te verbranden om warmte te genereren - net zoals je aardgas gebruikt om te koken en te verwarmen in je huis.

Een geplande proef voor Zuid-Australië heeft tot doel waterstof op te wekken met behulp van hernieuwbare elektriciteit, en vervolgens injecteren in het lokale gasdistributienet. Deze manier van "mengen" van gassen kan de kosten vermijden van het bouwen van dure leveringsinfrastructuur, maar zal kosten met zich meebrengen in verband met wijzigingen aan bestaande pijpleidingen. Uitgebreide studie en testen van deze activiteit zijn vereist.

Bij gebruik in waterstofbrandstofcellen, energie ontstaat wanneer waterstof reageert met zuurstof. Dit is de technologie die door NASA en andere operators wordt gebruikt bij ruimtemissies, en door autofabrikanten in auto's met waterstofbrandstofcellen. Het is op dit moment de meest geavanceerde methode voor waterstofgebruik.

Het werkt, maar zullen we het accepteren?

Veiligheidsoverwegingen

Als brandstof, waterstof heeft een aantal eigenschappen die het veiliger maken om te gebruiken dan de brandstoffen die tegenwoordig vaker worden gebruikt, zoals diesel en benzine.

Waterstof is niet giftig. Het is ook veel lichter dan lucht, waardoor snelle verspreiding mogelijk is in geval van lekkage. Dit in tegenstelling tot de opbouw van brandbare gassen bij diesel- en benzinelekken, die explosies kunnen veroorzaken.

Echter, waterstof brandt gemakkelijk in lucht, en ontbrandt gemakkelijker dan benzine of aardgas. Daarom hebben waterstofauto's zulke robuuste koolstofvezeltanks - om lekkage te voorkomen.

Waar waterstof in commerciële omgevingen als brandstof wordt gebruikt, strikte regelgeving en effectieve maatregelen zijn vastgesteld om lekken te voorkomen en op te sporen, en om waterstof af te voeren. Huishoudelijke toepassingen van waterstofbrandstof zouden dit probleem ook moeten aanpakken.

Impact op het milieu

Vanuit een milieuperspectief, de ideale cyclus in een waterstofeconomie omvat:

• waterstofproductie door middel van elektrolyse om water te splitsen
• waterstofverbruik door het te laten reageren met zuurstof in een brandstofcel, het produceren van water als bijproduct.

Als de elektriciteit voor elektrolyse wordt opgewekt uit hernieuwbare bronnen, deze hele waardeketen heeft een minimale impact op het milieu en is duurzaam.

Dichter bij een waterstofeconomie

Goedkope elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen is de sleutel tot grootschalige waterstofproductie via elektrolyse in Australië. Internationaal is het al duidelijk – bijvoorbeeld in Germany and Texas – that renewable hydrogen is cost competitive in niche applications, although not yet for industrial-scale supply.

Techniques for storage and delivery need to be improved in terms of cost and efficiency, and manufacturing of hydrogen fuel cells requires advancement.

Hydrogen is a desirable source of energy, since it can be produced in large quantities and stored for a long time without loss of capacity. Because it's so light, it's an economical way to transport energy produced by renewables over large distances (including across oceans).

Underpinned by advanced technologies, with strong support by governments, and commitment from many multinational energy and automobile companies, hydrogen fuel links renewable energy with end-users in a clean and sustainable way.

Let's see if hydrogen takes off.

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Lees het originele artikel.