Het eerste, lichtste en meest voorkomende element uit Tabel van Mendeljev

Waterstof (H2) is het eenvoudigste, lichtste en meest voorkomende element in het universum. Als eerste element uit het periodiek systeem van Mendeljev, bestaat een waterstofatoom uit slechts één proton met positieve lading en één elektron met negatieve lading.

Dit simpele atoom maakt 75 procent van de totale massa van het universum uit. Zo bestaat de zon voor meer dan twee derde uit waterstof en zit het bijvoorbeeld in water, alle levende organismes en fossiele brandstoffen.

Gas bij kamertemperatuur

In zijn puurste vorm is waterstof een niet-giftig kleurloos en geurloos gas bij kamertemperatuur. Bij temperaturen lager dan -252,77 °C wordt waterstof vloeibaar. Als het nog verder gekoeld wordt, tot onder -259,2 °C zal het een vaste vorm aannemen.

Energiedrager (geen energiebron) 

Hoewel waterstof alomtegenwoordig is, bestaat het op aarde niet op zichzelf. Het atoom zit vrijwel altijd “verpakt” in grotere moleculen, verbonden aan andere atomen zoals zuur- of koolstof.

Dat betekent dat het losgeweekt moet worden uit componenten die het bevatten, met als bekendste voorbeeld water (H2O). Waterstof (H) is echter ook een belangrijk onderdeel van alle organisch materiaal, zoals steenkool, aard- olie of gas, en biomassagassen. Ook uit die materialen kan waterstof geproduceerd worden, maar de duurzaamheid van zulke processen wordt in grote mate bepaald door de molecuuldelen die “overblijven” nadat de waterstof (H) atomen zijn losgeweekt. In het geval van water, blijft er zuurstof (O2) “over” als restproduct. Bij organisch materiaal vormen de overgebleven koolstofatomen nieuwe moleculen met zuurstofatomen uit de omgeving en resulteert het proces zo in koolstofdioxide (CO2), welk - als het vrijkomt in onze atmosfeer - klimaatverandering versterkt.  

Het “losweken” van waterstofatomen uit grotere moleculen kost veel energie. En dat is – hoe vreemd het ook klinkt - precies de kracht van waterstof. Want, wanneer pure waterstof weer wordt “vrijgelaten” om verbindingen aan te gaan met andere atomen en terug te keren naar een staat die in de vrije natuur voorkomt, komt die grote hoeveelheid energie van het “losweken” weer vrij.

Waterstof is op die manier uitermate geschikt als energiedrager voor het opslaan en transporteren van energie als vloeistof, gecomprimeerd gas of in vaste vorm. Het grote voordeel van waterstof is de energie-inhoud per massa wat 33,33 kWh/kg bedraagt. Bij een lithium-ion-accu is dat bijvoorbeeld slechts 0,10-0,27 kWh/kg en bij diesel 12 kWh/kg. Het nadeel zit hem bij de energie-inhoud per volume. De massadichtheid van waterstof bij atmosferische druk is slechts 0,00009 kg/l wat resulteert in een energie-inhoud van 0,003 kWh/l (in vergelijking met 10 kWh/l voor diesel). Wanneer waterstof gecomprimeerd wordt tot 700 bar, stijgt de massadichtheid naar 0,04 kg/l wat resulteert in een energie-inhoud van 1,33 kWh/l. Voor vloeibare waterstof is het resultaat nog beter aangezien een massadichtheid van 0,071 kg/l voor een energie-inhoud van 2,36 kWh/l zorgt. Je moet de waterstof enkel wel afkoelen tot -254°C. Brrrr...

Voor de productie van waterstof (het losweken van de H atomen uit grotere moleculen) is dus een energiebron nodig. In het geval van water kan (groene) elektriciteit gebruikt worden voor het uit elkaar trekken van de waterstof- en zuurstofatomen. Bij waterstof die gemaakt wordt uit fossiele brandstoffen wordt veelal de (warmte-)energie uit de fossiele brandstof gebruikt om waterstof te laten vormen uit de fossiele atomen en water dat vaak wordt toegevoegd in de vorm van stoom op hoge temperaturen.

De duurzaamheid van waterstof

De aard van die bron bepaalt de duurzaamheid (‘de kleur’) van de waterstof.
Lees hier meer over groene, blauwe en grijze waterstof.