Waterstof
universeel deeltje voor een groenere toekomst
Het oudste element
In den beginne was er alleen waterstof: het kleinste, simpelste van alle elementen. Net na de oerknal was het universum gehuld in een mist van waterstof. Dit oudste element is nog steeds overal om ons heen: in water, aardgas en ammoniak.
Alleen zijn kost energie
In de natuur bestaat waterstof bijna niet op zichzelf: het is bijna altijd gebonden aan andere elementen. Maar het is mogelijk om waterstof van die andere elementen te scheiden en een afzonderlijk waterstofmolecuul te laten vormen.
Om dit voor elkaar te krijgen, moeten we energie toevoegen. Als het waterstofmolecuul zich weer bindt aan een ander element, zal bijna alle energie vrijkomen.
De beloften van groene waterstof zijn groot
Als je water zou splitsen in waterstof- en zuurstofmoleculen met energie uit hernieuwbare energiebronnen, heb je als het ware een ‘groene batterij’. Wanneer de zon schijnt of de wind waait, kun je het overschot aan stroom van zonnepanelen of windmolens gebruiken om waterstof te maken. Door waterstof met zuurstof te laten reageren komt er energie vrij en krijg je weer water.
Groene waterstof goedkoper maken
'Water in de vorm van waterdamp laat zich een stuk makkelijker splitsen,’ vertelt Vasilis Kyriakou
De goedkoopste waterstof is op dit moment gemaakt van aardgas, maar bij dat proces komt kooldioxide vrij. Groene waterstof uit water is nu nog ongeveer vijf keer zo duur.
Daarom werken wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen aan efficiënte en goedkope productie van waterstof uit water .
In een laboratorium in de kelder van het oude natuur-/scheikundegebouw van de Rijksuniversiteit Groningen staat een indrukwekkende opstelling die op hoge temperaturen waterstof produceert
Dulce Morales kijkt meer holistisch naar waterstofproductie, naar het hele systeem van vloeistof, elektroden en waar die met elkaar in aanraking komen
Paolo Pescarmona werkt aan de efficiëntie van elektrolyse op lage temperaturen. ‘Dit doen we in het lab, maar we denken ook na over hoe we dit kunnen opschalen.’
Waterstof toepassen in de auto of op de WC
Omdat waterstof zich zo graag bindt aan andere elementen, zijn er nog veel meer toepassingen dan alleen de 'groene batterij': denk aan de boer die kunstmest (gebaseerd op ammoniak, gemaakt van stikstof en waterstof) over het land strooit, of de kapper die waterstofperoxide gebruikt om je haar te bleken. Maar ook een auto kan rijden op waterstof, en wist je dat je uit menselijke uitwerpselen waterstof kunt winnen?
Professor of Energy Conversion Aravind Purushothaman Vellayani over de verbetering van de efficiëntie van de omzetting van waterstof in elektriciteit en terug:
We willen precies weten hoe de elektroden in zo’n systeem werken, of wat er met een brandstofcel gebeurt wanneer de invoer van waterstofgas varieert in samenstelling of temperatuur.
Wetenschappers van de RUG werken aan verschillende toepassingen van waterstof, bijvoorbeeld de transportsector en de chemische industrie .
TU Delft - Reinvent the Toilet (Maart 2014)
Waterstof kruipt in kiertjes en scheurtjes
Johannes Miocic en Sebastian Mulder met een stuk zandsteen, het gesteente waarin de waterstof opgeslagen zal worden
Als het lukt om goedkoop en efficiënt groene waterstof te produceren, dan moet het ergens opgeslagen worden, of getransporteerd naar de plaats waar het nodig is. Zou het niet handig zijn als het waterstofgas simpelweg in de plaats komt van het aardgas dat we nu gebruiken: dat we het kunnen transporteren door de bestaande leidingen en dat we het zelfs zouden kunnen opslaan in de lege gasvelden onder de grond?
Stel je een metalen lepel voor. Met waterstof in de buurt gaat die lepel zich ineens gedragen als een breekbaar stuk serviesgoed, dat bij een klap op de grond aan diggelen valt.
Maar waterstof is ook ontzettend klein, het kleinste element, en het waterstofmolecuul is veel kleiner dan aardgas. Waterstof kan ontsnappen door de kleinste kiertjes en scheurtjes. Maar erger nog: het kan andere materialen aantasten, waardoor bijvoorbeeld het metaal van een leiding of opslagtank bros wordt als glas, zodat het gemakkelijk in duizend stukjes uiteenvalt.
Daarom gaan wetenschappers van de RUG ook onderzoeken wat er eigenlijk gebeurt met de materialen waarin we waterstof willen opslaan en transporteren.
Kleisteenmonsters gaan in een 'hogedruk hoge temperatuur cel' voor onderzoek
Kleisteenmonster voor onderzoek naar waterstofblootstelling
Een cel dichtmaken waarin een kleinsteenmonster wordt blootgesteld aan waterstof
Kleisteenmonster voor microscopisch onderzoek naar de effecten van waterstofopslag/blootstelling
Miocic en Mulder bespreken onderzoeksresultaten van blootgestelde kleinsteenmonsters
Waterstof als indirect broeikasgas
En dan blijft er nog één vraag over: we noemen het groen, maar is het ook echt groen? Waterstof uit water, gemaakt met hernieuwbare energie, dat klinkt mooi. Evenals de schone waterdamp die het zou opleveren bij gebruik. Toch is het belangrijk om goed in de gaten te houden wat er gebeurt in de atmosfeer wanneer waterstof door een scheurtje weet te ontsnappen.
Als we flink meer waterstof gaan gebruiken in de industrie levert dat wel een probleem op voor het klimaat.
Waterstof is namelijk een indirect broeikasgas: waterstof doet op zichzelf geen kwaad, maar door reacties in de atmosfeer wél. Het kan dan onder andere leiden tot meer methaangas, ozon en waterdamp hoog in de atmosfeer, wat allemaal opwarming tot gevolg heeft.
Het is niet zo erg als er nu hier en daar een kleine hoeveelheid waterstof lekt, maar wat als we vol inzetten op waterstof als groene oplossing? Dan wordt het belangrijk om goed te kunnen meten en begrijpen wat er gebeurt met waterstof in de atmosfeer, vanwege de impact op het klimaat.
Daarom meten wetenschappers van de RUG waar waterstof de atmosfeer in lekt, en bestuderen ze het effect daarvan.
Hydrogen Valley Campus Europe
HEAVENN | First Hydrogen Valley in Europe
Noord-Nederland is de eerste Hydrogen Valley Campus Europe . Hier hebben we jarenlange ervaring met gas, en het is dé plek in Europa waar groene energie van windmolenparken op de Noordzee aan land komt. Ook hebben we universiteiten, hogescholen en MBO’s, die de komende tijd gaan werken aan nieuw onderzoek én het opleiden van de volgende generatie technici voor de waterstofeconomie van de toekomst.
