Opslag en infrastructuur

Waterstof is evenals elektriciteit een zeer geschikte energiedrager. Waterstof kan worden opgeslagen in de vorm van gas, vloeistof of gebonden aan een andere stof of medium. Vanuit de opgeslagen vorm is het gemakkelijk weer om te zetten naar andere energievormen zoals warmte en elektriciteit.

Onderstaand zijn de bijzondere eigenschappen van waterstof als energiedrager nog eens op een rij gezet:

• De verbranding van waterstof levert energie en water op; er ontstaan geen ongewenste restproducten zoals CO2, SOx of NOx.
• Met brandstofcellen kan waterstof direct en met hoog rendement worden omgezet in elektriciteit.
• Bestaande (auto)verbrandingsmotoren kunnen aangepast worden voor gebruik van waterstof. Ombouw van bestaande transportmiddelen behoort dus tot de mogelijkheden. In vergelijking met toepassing van brandstofcellen is het rendement echter laag.
• Waterstof is bruikbaar als opslagmedium om een wisselend energieaanbod (zon, wind) af te stemmen op de energievraag.
• De waterstofcyclus voor zon en wind (van water, via elektrolyse, verbranding of brandstofcel tot water) is geschikt voor een gesloten kringloop zonder schadelijke bijproducten.
• Waterstof kan op verschillende manieren geproduceerd worden. In de chemische industrie gebruikt men vooral aardgas als bron. Daarnaast zijn hernieuwbare energiebronnen zoals zon, wind, water, biomassa, geothermische energie geschikt voor de waterstofproductie. Ook uit biomassa kan waterstof geproduceerd worden.
• Ten slotte kan biomassa met waterstof worden omgezet in andere energiedragers zoals synthetisch aardgas en synthetische benzine.

 

Opslag van Waterstof
De mogelijkheden voor opslag zijn velerlei maar geen van de opties voor transport toepassingen voldoet nog aan de wensen voor de toepassing. Er kan worden gebruik gemaakt van de opslag van waterstof als gecomprimeerd gas bij drukken van 300 bar nu en in de toekomst van 700 bar, van vloeibare waterstof zoals gebruikt wordt in BMW waterstofauto’s, van waterstof in metaalhydrides van verschillende soor, oplag in poreuze nano structuren en waterstof gekoppeld aan chemische hydrides.

Het grootste probleem bij opslag van waterstof in vergelijking met de huidige brandstoffen is het benodigde volume wanneer gebruik wordt gemaakt van gecomprimeerd gas of het gewicht wanneer we vloeibare waterstof willen gebruiken of metaalhydrides. Uit de verhalen van BMW blijkt dat met de getankte waterstof slechts 100 km kan worden gereden terwijl met een volle tank benzine 700 km. Voor grootschalige toepassing van opslag in het vervoer moet nog veel aan verbetering en optimalisatie worden gedaan. Opslag voor stationaire toepassingen is minder problematisch. Opslag in cilinders en tanks is beschikbare technologie.

Voorbeelden van opslag van waterstof worden geïllustreerd in onderstaande figuur waarin de volumetrische en gravimetrische dichtheid voor de verschillende opslag methodes met onderling en met de doelen worden vergeleken en waarin de huidige kosten zijn opgenomen in vergelijking met de doelen voor 2010 en 2015.

De conclusie kan zijn dat opslag van waterstof nog problematisch is maar dat langzaam vorderingen worden gemaakt. Het aantal kg H2 dat we kunnen opslaan in het volume van een gangbare auto opslagtank is laag. Met gecomprimeerde waterstof zijn belangrijke doorbraken bereikt door de druk te verhogen van 300 bar naar 700 bar. Ook worden nieuwe vorderingen gemeld op het gebied van het maken en de opslag van vloeibare waterstof. De opslag van waterstof in metaalhydrides en nano-poreuze materialen wordt intensief onderzocht. maar vraagt nog veel inspanning voordat economische haalbare toepassingen mogelijk zijn.
 
Infrastructuur
Toepassing van waterstof vraagt ook om veranderingen van infrastructuren. Zo’n verandering zal zich langzaam voltrekken. Om nu reeds ervaring op te doen, wordt kleinschalig begonnen met de introductie van waterstof in het vervoer en warmtekracht toepassingen. Locale waterstof productie units maken gebruik van het reformen van aardgas (een voorbeeld hiervan zijn de reformers van Hygear).

Tankstations moeten bijvoorbeeld worden aangepast om waterstof bussen en auto’s van brandstof te kunnen voorzien. De waterstof kan worden aangevoerd met tubetrailers of als vloeibare waterstof vanuit de raffinaderijen. Ook kan worden gedacht aan waterstof verkregen door reformen van aardgas op de tankstations.

Het gebruik van waterstof voor huishoudelijke toepassingen in een wijk vraagt eveneens om een aangepaste infrastructuur met bijbehorende veiligheidseisen en apparatuur. De waterstof voor een wijk kan locaal worden geproduceerd uit aardgas of biogas en worden gedistribueerd. Of de bestaande lage druk distributie netwerken geschikt zijn voor de distributie van waterstof moet worden onderzocht.

Aanpassing van de infrastructuur op waterstof en ontwikkeling van technologieën daarvoor vragen om grote investeringen. Daarvoor is nog veel nieuw onderzoek nodig maar biedt ondernemers kansen voor niche toepassingen producten te ontwikkelen . Brede inzet van waterstof echter wacht op de ontwikkeling van betere en goedkopere technieken voor de productie, distributie en opslag bij het gebruik. Dat proces is in volle gang. Over niet al te lange tijd (in elk geval vóór het jaar 2020), is de toepassing van waterstof nét zo gewoon als fossiele brandstof nu.