“To alcohol! The cause of… and solution to… all of life’s problems.” zei Homer Simpson ooit en daar zit wel degelijk wat waarheid in. Alcohol kan immers in de toekomst een belangrijke rol spelen in de energievoorziening. Maar eer we daar aan toekomen is een passage via … waterstof nodig.
Een opiniestuk door Dr. Ir. Louis Sileghem – Postdoctoral Research Assistant bij Universiteit Gent
Waterstof duikt steeds vaker op in de media: de Antwerpse haven bestelde een nieuwe sleepboot die kan varen op waterstof, in Nederland werd de eerste waterstofwoning ingehuldigd, en ook in het Vlaamse regeerakkoord stond de ambitie om Europese koploper te worden in waterstof. Nog heel recent vernomen we dat Colruyt en Fluxys waterstof willen maken uit windenergie.
Hierover publiceerde De Tijd het volgende: “Het biedt de mogelijkheid op grote schaal groene stroom om te zetten naar gas (power to gas) en zo ons energiesysteem flexibeler te maken.”
Hernieuwbaar is onvoorspelbaar
En flexibiliteit hebben we wel degelijk nodig. Een inherent kenmerk van hernieuwbare energie zoals zonne-of windenergie is immers dat het onvoorspelbaar is. Er wordt veel elektriciteit geproduceerd op zonnige dagen en wanneer er veel wind is, terwijl op andere dagen nauwelijks elektriciteit wordt opgewekt.
Een maatschappij die enkel op zonne-en/of windenergie wil vertrouwen, zou bijvoorbeeld in de zomer een overproductie van zonne-energie hebben terwijl er in de winter een tekort zou zijn. Om dit op te lossen is een grote energiebuffer nodig om het energietekort in bepaalde periodes te kunnen overbruggen. Hiervoor wordt onder andere naar waterstof gekeken.
Het is interessant om na te gaan waarom nu juist op waterstof wordt gefocust en of er geen andere technologieën zijn die (op lange termijn) mogelijks kunnen doorbreken. Waarom zou dit niet met batterijen kunnen?
Batterijen: dan toch niet de ultieme technologie?
Vaak worden batterijen in combinatie met hernieuwbare zonne-of windenergie als de ultieme technologie gezien.
Indien de hernieuwbare elektriciteit niet rechtstreeks gebruikt kan worden, kan deze worden opgeslagen in een groot batterijpakket om op een later moment te gebruiken in bijvoorbeeld een elektrische auto.
Dat kan heel eenvoudig en er zijn weinig omzettingsverliezen in tegenstelling tot een omzetting naar waterstof. Batterijen zijn uitstekend voor sommige toepassingen maar kunnen echter geen grote hoeveelheden energie opslaan voor een lange tijdsduur, zeker niet om enkele maanden te overbruggen.
Daarnaast maken batterijen veelal gebruik van metalen zoals lithium en kobalt waarvan het nog niet duidelijk is of er voldoende van deze metalen aanwezig zijn op onze planeet. Het is evenmin duidelijk of de productie en recyclage voldoende opgeschaald kan worden om aan de noden in de toekomst te voldoen. Ook de herkomst van de metalen, vooral geconcentreerd in bepaalde geografische gebieden die niet altijd even politiek stabiel zijn, heeft een ethisch aspect dat onderbelicht wordt.
Waterstof: de ideale schakel
Uitgaande dat er in de toekomst zal overgegaan worden naar hernieuwbare energieproductie (we laten kernenergie even buiten beschouwing), zal een energiedrager gecreëerd moeten worden. Deze energiedrager moet niet alleen grote hoeveelheden energie kunnen opslaan, maar moet dit ook voor een lange tijd kunnen en liefst op een zo goedkoop mogelijke manier.
De ideale energiedrager om heel grote hoeveelheden (TeraWattUren!) voor enkele maanden tot zelfs jaren op te slaan is een chemisch element of molecule. De eenvoudigste molecule die hiervoor kan dienen is waterstofgas – in het kort waterstof -, bestaande uit twee waterstofatomen.
Zo wordt de hernieuwbare elektrische energie eigenlijk gestockeerd in chemische energie door water onder invloed van elektriciteit te splitsen in zuurstof en waterstof. Als gevolg zit de energie vervat in de waterstof, een brandstof, terwijl zuurstof overblijft als restproduct. Het ontwikkelen van waterstoftechnologie zou dus essentieel kunnen zijn in een stap naar een maatschappij die voornamelijk hernieuwbare energie gebruikt.
Ten opzichte van fossiele brandstoffen heeft waterstof helaas enkele nadelen: het is gasvormig, de energiedensiteit is lager en het bezit geen koolstofatoom. Het gasvormig zijn van waterstof heeft vooral nadelen voor de opslag en distributie. Het is moeilijker en duurder om een gasvormige brandstof op te slaan en te verdelen dan een vloeibare brandstof. Als gevolg zou het uitbouwen van een distributienetwerk van waterstof vele malen duurder zijn dan voor een vloeibare brandstof.
Dat waterstof geen koolstofatoom bezit en dat dit als nadeel beschouwd wordt, klinkt waarschijnlijk onlogisch. Bij verbranding van een koolstofhoudende brandstof komt namelijk CO2 vrij en dit willen we natuurlijk vermijden.
Dat dit een nadeel is, kan begrepen worden als men kijkt waarvoor fossiele brandstoffen (waarvoor waterstof eigenlijk een vervangmiddel zou worden) gebruikt worden. Deze worden namelijk niet enkel gebruikt om energie op te wekken of als brandstof voor onze voertuigen maar ook als bouwsteen voor heel veel producten waarmee iedereen dagdagelijks mee in contact komt, zoals plastiek, detergenten, verf, koelmiddelen, synthetische materialen,… Een significant deel van de fossiele brandstoffen wordt dus gebruikt in andere sectoren dan de transport- of energiesector.
Om dus het gebruik van fossiele brandstoffen volledig terug te dringen moet er niet enkel een energiedrager gevonden worden, maar ook een nieuwe bouwsteen voor bovengenoemde producten.
Een goede bouwsteen dient noodgedwongen te bestaan uit een molecule waar zowel waterstof als koolstof in vervat zit. Daarenboven zou een ideale molecule bij voorkeur vloeibaar zijn, omwille van de voordelen met betrekking tot opslag en distributie maar ook omwille van de hogere energiedensiteit van vloeibare brandstoffen die in sommige sectoren zoals de luchtvaart broodnodig is.
Alcohol: een interessant toekomstperspectief
Hier komt de “alcoholicus” in ons naar boven, want in alcohol zit een interessant toekomstperspectief.
Als we de molecules gaan scannen die aan alle bovengenoemde voorwaarden voldoen, komt alcohol als sterke kandidaat naar voren. Hiervan is methanol, het eenvoudigste alcohol CH3OH, een heel mooi voorbeeld.
Methanol kan eenvoudig gemaakt worden uit waterstof en CO2. Waterstof vormt hier dus ook de basis en blijft ook in dit verhaal belangrijk. CO2 zou men kunnen capteren uit de lucht en vervolgens combineren met hernieuwbare waterstof om zo methanol te produceren.
Op deze manier wordt de CO2-cyclus gesloten: bij de productie van methanol wordt CO2 uit de lucht genomen en bij verbranding van methanol komt dezelfde hoeveelheid CO2 terug vrij. Netto wordt dus geen CO2 meer uitgestoten.
Bovendien is methanol ook een uitstekende brandstof die aan een hoog rendement gebruikt kan worden dankzij de goede brandstofeigenschappen en het feit dat het een eenvoudige molecule is ten opzichte van de huidige fossiele brandstoffen. Zo zijn er bijvoorbeeld geen koolstof-koolstof verbindingen in de molecule waardoor geen roet of fijn stof wordt geproduceerd.
Een ander voordeel is dat het gemakkelijk met andere brandstoffen kan gemengd worden, waardoor een geleidelijke transitie zou kunnen plaatsvinden in plaats van een abrupte verandering.
Methanol kan dus gebruikt worden als brandstof voor de transportsector, als bouwsteen voor o.a. de chemische sector en als energiebuffer voor de energiesector.
Capteren van CO2 klinkt waarschijnlijk als sciencefiction en het is inderdaad zo dat concurreren met de kostprijs van fossiele brandstoffen nog altijd moeilijk is. Maar er zijn al pilootprojecten in bijvoorbeeld IJsland die methanol maken uit CO2 en waterstof.
In Vlaanderen zijn er gesprekken bezig om een methanolfabriek te plaatsen in de haven van Gent. Via hernieuwbare energie uit de windmolenparken in de Noordzee en CO2 uit de industriële activiteiten in de haven van Gent kan men methanol maken.
Meerdere technologieën zijn de toekomst
Uiteindelijk is het belangrijk om te onthouden dat één technologie hoogstwaarschijnlijk geen oplossing kan bieden voor alle uitdagingen van de toekomst maar dat er ambitieuze oplossingen nodig zijn op lange termijn voor alle sectoren.
Door innovatieprojecten en vooruitstrevende wetgeving kunnen we de kans grijpen om echt het verschil te maken, maar enkel indien het volledige plaatje bekeken wordt. Hierbij is waterstof niet het eindpunt, maar het begin!
#Auto