Op waterstof gebaseerde brandstoffen moeten voornamelijk worden gebruikt in sectoren zoals de luchtvaart of industriële processen die niet kunnen worden geëlektrificeerd, vindt een team van onderzoekers. De productie van deze brandstoffen is te inefficiënt, duur en hun beschikbaarheid te onzeker, om in grote lijnen fossiele brandstoffen te vervangen, bijvoorbeeld in auto's of verwarmingshuizen. Voor de meeste sectoren is het rechtstreeks gebruiken van elektriciteit in bijvoorbeeld batterij-elektrische auto's of warmtepompen is economisch voordeliger. Door in plaats daarvan universeel te vertrouwen op op waterstof gebaseerde brandstoffen en verbrandingstechnologieën te behouden, dreigt een verdere afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de uitstoot van broeikasgassen in te sluiten.

"Op waterstof gebaseerde brandstoffen kunnen een geweldige schone energiedrager zijn, maar ook hun kosten en bijbehorende risico's, ", zegt hoofdauteur Falko Ueckerdt van het Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK). "Brandstoffen op basis van waterstof als universele klimaatoplossing zijn misschien een beetje een valse belofte. Hoewel ze wonderbaarlijk veelzijdig zijn, het is niet te verwachten dat ze in grote lijnen fossiele brandstoffen vervangen. Op waterstof gebaseerde brandstoffen zullen waarschijnlijk nog minstens tien jaar schaars en niet concurrerend zijn. Wedden op het brede gebruik ervan zou waarschijnlijk de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen vergroten:als we vasthouden aan verbrandingstechnologieën en hopen ze te voeden met op waterstof gebaseerde brandstoffen, en deze blijken te duur en schaars te zijn, dan zullen we uiteindelijk olie en gas gaan verbranden en broeikasgassen uitstoten. Dit zou de klimaatdoelstellingen op korte en lange termijn in gevaar kunnen brengen."

Prioriteit geven aan toepassingen zoals luchtvaart en staalproductie

"We moeten daarom prioriteit geven aan die kostbare brandstoffen op waterstofbasis voor toepassingen waarvoor ze onmisbaar zijn:langeafstandsluchtvaart, grondstoffen in de chemische productie, staalproductie en mogelijk enkele industriële processen op hoge temperatuur, ", zegt Ueckerdt. "Dit zijn sectoren en toepassingen die we nauwelijks direct kunnen elektrificeren." De onderzoekers identificeren een "verdienste-order van waterstof en e-brandstofvraag":een prioritering van waar deze nieuwe brandstoffen moeten worden gebruikt.

Zogenaamde groene waterstof wordt geproduceerd via een proces dat elektrolyse wordt genoemd. Om de stabiele H2O-watermoleculen te kraken in waterstof en zuurstof, veel stroom nodig. De waterstof kan vervolgens worden gebruikt om koolwaterstofbrandstoffen te synthetiseren door koolstof uit CO . toe te voegen ₂ . De resulterende elektro-brandstoffen of e-brandstoffen zijn gemakkelijker op te slaan en te transporteren dan elektriciteit of pure waterstof. "Het belangrijkste is, e-brandstoffen kunnen worden verbrand in conventionele verbrandingsprocessen en motoren en dus rechtstreeks fossiele brandstoffen vervangen, " zegt Gunnar Luderer, co-auteur van het artikel. "Echter, gezien hun beperkte beschikbaarheid, het zou verkeerd zijn om te denken dat fossielen op deze manier volledig kunnen worden vervangen."

Het besturen van een auto met brandstoffen op waterstof heeft vijf keer meer energie nodig dan een batterij-elektrische auto

"We zijn momenteel verre van 100% hernieuwbare elektriciteit, dus het is van cruciaal belang om er efficiënt gebruik van te maken. als we op waterstof gebaseerde brandstoffen gebruiken in plaats van directe elektrificatiealternatieven, twee tot veertien keer de hoeveelheid elektriciteit die nodig is, afhankelijk van de toepassing en de respectievelijke technologieën, ", zegt co-auteur Romain Sacchi van het Paul Scherrer Institute. "Efficiëntieverliezen treden zowel op aan de aanbodzijde, in het productieproces van de op waterstof gebaseerde brandstoffen, en aan de vraagzijde:een verbrandingsmotor verspilt veel meer energie dan een elektrische."

"Lage energie-efficiëntie veroorzaakt een fragiele klimaateffectiviteit, ", zegt Sacchi. "Als geproduceerd met de huidige elektriciteitsmixen, op waterstof gebaseerde brandstoffen zouden de uitstoot van broeikasgassen verhogen, niet verminderen. Voor de Duitse elektriciteitsmix in 2018 geldt het gebruik van op waterstof gebaseerde brandstoffen in auto's, vrachtwagens of vliegtuigen zouden ongeveer drie tot vier keer meer broeikasgassen uitstoten dan het gebruik van fossiele brandstof." elektrische auto's of vrachtwagens veroorzaken broeikasgasemissies die vergelijkbaar zijn met of lager zijn dan die van diesel- of benzineauto's, al gebaseerd op de huidige elektriciteitsmixen in de meeste landen, laten de onderzoekers zien op basis van een volledige levenscyclusanalyse van wieg tot graf die ook de emissies omvat die verband houden met de productie van batterijen.

"Alleen voor echt op hernieuwbare energie gebaseerde energiesystemen worden op waterstof gebaseerde brandstoffen een effectief middel om ons klimaat te helpen stabiliseren, ", zegt co-auteur Jordan Everall. "Op waterstof gebaseerde brandstoffen vereisen dus duidelijk de opbouw van tal van extra productiefaciliteiten voor hernieuwbare energie."

Broeikasgasreductiekosten van op waterstof gebaseerde brandstoffen liggen momenteel rond de 1000 euro per ton CO ₂

Zelfs als we uitgaan van 100% hernieuwbare elektriciteit, de kosten van het vermijden van een ton CO ₂ emissies door het gebruik van op waterstof gebaseerde brandstoffen zouden momenteel 800 euro bedragen voor vloeibare en 1200 euro voor gasvormige brandstoffen, berekenden de onderzoekers. Dit is veel hoger dan de huidige CO ₂ prijzen, bijvoorbeeld in het Europees emissiehandelssysteem, die momenteel onder de 50 euro per ton liggen. Echter, als er sprake is van voortdurende technologische vooruitgang gedreven door CO ₂ prijzen en subsidies en investeringen in waterstof en aanverwante industrieën, tegen 2050 deze CO ₂ reductiekosten kunnen dalen tot ongeveer 20 euro voor vloeibare en 270 euro voor gasvormige e-brandstoffen.

Vandaar, bij toenemende CO ₂ prijzen op waterstof gebaseerde brandstoffen kunnen waarschijnlijk tegen 2040 kostenconcurrerend worden. Dit is te laat voor die sectoren waar directe elektrificatiealternatieven bestaan, gezien de urgentie van vermindering van de uitstoot van broeikasgassen om ons klimaat te stabiliseren.

Koolstofbeprijzing is nodig om op waterstof gebaseerde brandstoffen concurrerend te maken

"Ondanks de onzekerheden over toekomstige kosten, Op waterstof gebaseerde brandstoffen hebben het potentieel om rond 2040-50 een backstop-technologie te worden voor het vervangen van alle resterende fossiele brandstoffen. Echter, de realisatie hangt af van substantiële grootschalige beleidsondersteuning en in feite subsidies voor ongeveer twee decennia voordat businesscases kunnen worden veiliggesteld uitsluitend door een verhoging van de koolstofbeprijzing, ", zegt Falko Ueckerdt. "Een algemene beleidsstrategie zou op twee pijlers kunnen rusten:ten eerste, brede technologische ondersteuning om innovatie en initiële opschaling te bevorderen, inclusief directe elektrificatie. Tweede, substantiële CO2-beprijzing en een hervorming van de energiebelasting die samen een gelijk speelveld creëren voor alle technologieën en dus een verstandige balans tussen directe en indirecte elektrificatie."

"De langetermijnvisie van op waterstof gebaseerde brandstoffen is veelbelovend, ", zegt Gunnar Luderer. "Door gebruik te maken van het enorme wind- en zonne-energiepotentieel van de wereldwijde zonnegordels, e-fuels kunnen wereldwijd worden verhandeld en lossen zo knelpunten op het gebied van hernieuwbare energie op in dichtbevolkte landen zoals Japan of in Europa. Echter, aangezien internationale en nationale klimaatdoelstellingen onmiddellijke emissiereducties vereisen, vanuit klimaatperspectief moet directe elektrificatie op de eerste plaats komen om een ​​veilige toekomst voor iedereen te verzekeren."

De studie is gepubliceerd in Natuur Klimaatverandering .