Shutterstock.









Auteur: Lars Schernikau (Duitsland).

Vertaling: Jan Smelik.

Bedenk eerst dat waterstof GEEN energiebron is zoals uranium, steenkool, gas, olie, wind, zon, enz., maar een energiedrager die moet worden geproduceerd door energie toe te passen.

Bossel et al, 2009 zei:

“Waterstof is een synthetische energiedrager: Er is hoogwaardige energie nodig om H2 te produceren, samen te persen, vloeibaar te maken, te transporteren, over te brengen of op te slaan.”

Groene waterstof (iedereen heeft het erover) kan via elektrolyse worden geproduceerd uit overtollige wind- en zonne-elektriciteitsproductie of in theorie uit elke “groene” energiebron. Behalve in woestijnstaten bestaat zo’n overschot alleen ’s zomers, als het er al is.

Europese regeringen suggereren dat “groene waterstof” het intermitterende probleem van wind- en zonne-energie zal oplossen via synthetische productie van H2 als energiedrager, dus is het belangrijk de productie ervan te analyseren.

De lage volumetrische energiedichtheid van de huidige waterstoftechnologie en de hoge transportkosten vormen een belemmering voor het wijdverbreide gebruik van waterstof. Voor de opslag van gecomprimeerde waterstof zijn zware opslagtanks nodig, gemaakt van stoffen die niet broos worden wanneer waterstof in het materiaal doordringt.

Waterstof: agressief, vluchtig, moeilijk op te slaan en te vervoeren

Er is extra energie nodig voor meertraps zuigercompressoren om H2 te comprimeren of vloeibaar te maken en te transporteren – energie die ook moet worden gewonnen uit het overschot aan energie, b.v. uit zonne-energie dat in de zomermaanden beschikbaar is.

Wat het vervoer betreft, concludeerden Bossel et al:

“Bij 200 bar levert een vrachtwagen van 40 ton ongeveer 3,2 ton methaan, maar slechts 320 kg waterstof, vanwege de lage dichtheid van waterstof en vanwege het gewicht van drukvaten en veiligheidsarmaturen. Er is ongeveer 4,6 maal meer energie nodig om waterstof door een pijpleiding te transporteren dan nodig is voor hetzelfde aardgastransport.”

Grafiek: dr. Lars Schernikau

Aardgaspijpleidingen kunnen te lijden hebben onder het transport van waterstof. Waterstof heeft de neiging door te dringen in de stalen wanden, waardoor deze broos worden en er meer storingen optreden.

De Golfstaten erkennen de transportproblemen met waterstof en zijn van plan waterstof om te zetten in ethanol of ammoniak voor transport of om “groene” producten met een hogere waarde te maken (zoals meststoffen) die winstgevend kunnen worden verkocht op de wereldmarkt. Zo is ACWA in Saudi-Arabië bijvoorbeeld van plan ammoniak te produceren in combinatie met waterstof om de transportlast van waterstof te verlichten.

Hoop: “waterstofsponzen”

Er zij op gewezen dat de afgelopen jaren aanzienlijk onderzoek is verricht en vooruitgang is geboekt met betrekking tot zogenaamde “waterstofsponzen” (zie Morris et al. 2019, en Northwestern University). Sommige kandidaten blijken 8% in gewicht aan waterstof te bereiken. De gebruikte materialen zijn relatief goedkoop en overvloedig, zoals overgangsmetalen en koolstofroosters als matrix voor de metalen.

13 keer meer energiedensiteit dan Tesla Li-ion accu

In de niet al te verre toekomst belooft dit werk te leiden tot een “H2-Revolutie” die het mogelijk maakt een geschikt medium te vinden om waterstof op een dichte manier op te slaan, en zo een potentieel levensvatbaar alternatief te bieden voor de opslag van lithium-ion-accu’s. Een Tesla-batterij van 500 kg, bijvoorbeeld, bevat minder dan 100 kWh energie. De metaal-organische waterstof “tank” met 8% waterstof bevat ongeveer 1300 kWh energie, of meer dan 13 keer de energiedichtheid van de Tesla Li-ion batterij.

Duitsland, waterstof en auto’s

In het geval van Duitsland bedroeg het totale ongebruikte, groene overschot aan elektriciteit uit wind en zon in 2019 ongeveer 6500 GWh (link). Gedeeld door 365 dagen en vervolgens door 24 uur levert dat gemiddeld zo’n 740 MW aan overtollige groene stroom op die gebruikt zou kunnen worden om waterstof te produceren. Dat zou iets minder zijn dan 1% van Duitslands volledige belasting van 80 GW (zie ook prof. Holger Watter link).

Aangenomen dat we al dit beschikbare overschot aan “groene” stroom zouden gebruiken om “groene” waterstof te produceren, dan zouden we vandaag in Duitsland ongeveer 120.000 ton groene waterstof kunnen maken.

Merk op dat er ongeveer 55,5 MWh stroom en 9 ton water nodig is om elke ton waterstof te produceren. Ervan uitgaande dat we geen rekening houden met het vervoer, de opslag of andere verliezen (natuurlijk geen realistische veronderstelling) dan zouden we 120.000 auto’s in Duitsland op waterstof kunnen laten rijden.

Een overschot aan wind- en zonne-energie zou theoretisch 600.000 auto’s in Duitsland van stroom kunnen voorzien. Grafiek: dr. Lars Schernikau gebaseerd op prof. Watter

Enorme omzettingsverliezen, resteert 12% netto

Als we de waterstof gebruiken om ammoniak of ethanol of een andere alcohol of zelfs koolwaterstof zoals methaan te maken, dan hebben we opnieuw energieverliezen. Hieronder staat de berekening voor het maken van methaan uit waterstof.

 

Het energieverlies bij het maken van ethanol, alcohol of koolwaterstofbrandstof, zoals methaan, is enorm. Grafiek: dr. Lars Schernikau op basis van prof. Watter.

Je zou dan uitkomen op netto 12% energie-efficiëntie, wat natuurlijk niet werkbaar is en dus niet echt wordt overwogen door overheden. Zie ook Seeking Alpha online hier, voor meer over het onderwerp (bedoeld voor investeerders in de waterstofeconomie).

Dus wat is ’s werelds beste energiedrager

Op de vraag aan Capt. Todd (Ike) Kiefer USN, directeur van overheidsrelaties en economische ontwikkeling voor East Mississippi Electric Power Association en voorzitter van North Lauderdale Water Association, wat de beste energiedrager zou zijn als we volledig gratis en onbeperkte elektriciteit uit wind, zon of kernfusie/splijting beschikbaar hadden, antwoordde hij:

“Als we onbeperkte elektriciteit uit kernenergie (kernsplitsing/fusie) zouden hebben, zou onze beste optie voor transportbrandstof de synthese van koolwaterstoffen uit zeewater en lucht zijn. Gezien de 100-jarige investering die de beschaving al heeft gedaan in de infrastructuur van vloeibare koolwaterstoffen, is ‘kernsplijting plus koolwaterstoffen’ de enige realistische energietransitie voor de komende 50 jaar.”

Capt Kiefer zei nog een paar dingen samengevat in onderstaande figuur:

***

Dr. Lars Schernikau is een energie-econoom en ondernemer, geboren en getogen in Berlijn, Duitsland.

Bron hier.