Zoals eerder beschreven kent waterstof voor de transportsector diverse uitdagingen die mede tot gevolg hebben dat het gebruik ervan zo langzaam van de grond komt. Drie daarvan zijn de energiedichtheid, de opslag en de distributie. In de basis zijn er twee soorten waterstof: in gasvorm en in vloeibare vorm.
Als gas heeft het een lage energiedichtheid en een groot volume. Dit wordt deels opgelost door waterstofgas flink te comprimeren en op te slaan in stevige cilindrische gastanks met een druk van 350 bar voor schepen en vrachtwagens, en 700 bar voor personenwagens. Dan nog nemen die gastanks vrij veel ruimte in beslag, mede doordat de vorm ervan onhandig is. Gas laat zich dus niet zo makkelijk opslaan en transporteren, zeker in vergelijking met een vloeistof of vaste stof.
Vloeibare waterstof (LH2) heeft een hogere energiedichtheid en is wat praktischer in gebruik. Het grote nadeel ervan is dat waterstof pas vloeibaar wordt bij een temperatuur van −252,8°C, slechts 20°C boven het absolute nulpunt, althans, bij 1 atmosfeer. Bij een hogere druk ligt het condensatiepunt wat hoger. Voor zeer zwaar transport waar geen andere duurzame alternatieven voor bestaan, zoals grote schepen en vliegtuigen is dat eventueel een optie, maar voor kleiner transport eigenlijk niet.
Voordelen
Waterstofpoeder is zoals gezegd een vaste stof. Je kunt het daardoor in iedere vorm opslaan. Ook de distributie ervan is een stuk eenvoudiger. Voor waterstof zijn pijpleidingen een gebruikelijke transportvorm, maar poeder kan op allerlei manieren vervoerd worden. Het poeder is licht, kan overweg met normale atmosferische omstandigheden en is in principe onbeperkt houdbaar. Er is dus geen sprake van langzaam energieverlies tijdens de opslag, in tegenstelling tot bij de andere vormen van waterstof. Er is ook geen energie nodig voor de compressie of koeling.
Ook de volumetrische energiedichtheid is beduidend hoger dan bij vloeibaar H2 en gas. In droge vorm bevat waterstofpoeder 7,6kWh per liter. Dat komt in de buurt van gedestilleerde diesel, die circa 10kWh energie per liter bevat. Het is ook beduidend hoger dan alle andere alternatieven: 5kWh voor een liter methanol, 3kWh voor ammoniak, 2,3kWh voor vloeibare waterstof en 1kWh voor waterstof in gasvorm. Ten opzichte van ammoniak en methanol heeft waterstof ook duurzame voordelen. Ammoniak is toxisch, stinkt enorm en is daardoor lastig toepasbaar in een bebouwde omgeving. Methanol als waterstofdrager is niet emissieloos; het levert CO2-uitstoot op en kan bij toepassing van groene of biomethanol dus hoogstens emissieneutraal zijn.
Voor waterstofgas gelden strenge veiligheidsvoorschriften. Het moet op enige afstand van apparatuur, zoals machines, worden opgeslagen. In het geval van een calamiteit moet het gas snel kunnen ontsnappen. Waterstof in poedervorm is veel veiliger. Het vlampunt is hoger dan 60 graden, dus het is met lagere veiligheidsvoorschriften te bewaren dan waterstofgas. Als er sprake is van verhitting of contact met zuren, metalen of water, ontstaat waterstofgas en dat is wel explosief. Daarvan is echter pas sprake bij een temperatuur van 70°C, terwijl H2 in gasvorm al bij 15°C kan ontvlammen.
Hoewel nog niet exact bekend is hoelang de natriumboorhydride, oftewel het poeder waaraan de waterstof gebonden wordt, meegaat, is de gedachte dat het geheel circulair is. Als de waterstof weg is, blijft er natriumbooroxide (borax) over. Dit wordt ook wel de 'spent-fuel' genoemd. Dit kan opnieuw gebruikt worden om er natriumboorhydride van te maken. Een deel van het gebruikte water verdampt door de hoge temperatuur, maar kan eveneens hergebruikt worden.
Volgens H2Fuel en universiteiten als de TU Delft en de Universiteit van Amsterdam is de efficiëntie hoger dan bij waterstofgas. Dat komt door de hogere energiedichtheid en het feit dat compressie en koeling niet nodig zijn. Het proces om waterstof te binden, kost echter ook elektriciteit en dat wordt meestal niet genoemd. Daarbovenop komt het verlies van de brandstofcel die van het vrijgekomen waterstofgas weer elektriciteit maakt. We hebben diverse experts geraadpleegd, maar er valt niet zo makkelijk een concrete prijs aan te koppelen. Groene waterstof produceren is momenteel nog schreeuwend duur en dat gaat pas veranderen als duurzame elektriciteit structureel lange tijd spotgoedkoop is.
Nadelen of knelpunten
Het gebruik van waterstofpoeder vereist drie verschillende opslagen in een voertuig: een voor natriumboorhydride, een voor ultrapuur water en een voor het restproduct natriumbooroxide. Dat betekent dus dat er twee keer moet worden 'getankt' en tegelijk het restproduct moet worden teruggeleverd. Voor een bus of vrachtwagen is dat een stuk complexer dan tanken of laden. Het poeder zelf neemt wellicht relatief weinig ruimte in beslag in vergelijking met gastanks, maar dat is dus niet de enige opslag die nodig is.
Voor wegvervoer moet een compleet nieuw distributienetwerk worden opgebouwd. Poeder is iets wezenlijk anders dan benzine of diesel en heeft ook geen overeenkomsten met waterstof in gastanks. Dat betekent dat er lokaal, landelijk en internationaal een compleet nieuw netwerk van speciale tankstations moet worden uitgerold. Er is al enorme druk om laadpalen en in mindere mate waterstoftankstations uit te rollen, maar de logistieke uitdaging voor waterstofpoeder is gezien de achterstand nog veel groter. Daarbij bestaan er momenteel geen concrete plannen om vrachtwagens of bussen hierop te laten rijden, hoewel dat technisch mogelijk is.
Ook Klaas Visser, universitair hoofddocent Maritieme Techniek bij de TU Delft, ziet logistieke uitdagingen om wegverkeer op waterstofpoeder concurrerend te maken. "Maar voor schepen is dat echt een ander verhaal", zegt hij. "Een schip drijft in de stof die je nodig hebt voor het poeder: water. Het is niet heel lastig om van zoet of zout water gedestilleerd water te maken. Een aparte tank voor het gebruikte poeder, het residu, is wellicht ook niet nodig als daarvoor bestaande, lege tanks van de natriumboorhydride opnieuw gebruikt worden." Ook zegt hij dat schepen niet per se hoeven te tanken, maar dat dit ook anders kan. "Een alternatieve vorm is een modulaire installatie op basis van containers, zoals dat met accu's en waterstof ook wel wordt gedaan. Die containers worden dan voor vertrek aan boord gehesen en bij aankomst weer in de haven gevuld of geladen. Niets belet ons om dat ook met poeder te doen. Dat kan juist prima dankzij de hoge volumetrische dichtheid. Ik denk dan vooral aan de binnenvaart en kustvaartschepen die maximaal een week op zee zijn. Dat kan op basis van brandstofcellen of een verbrandingsmotor."
In de veel gehoorde discussie over waterstof versus accu's gaat het vaak over grondstoffen. Daarbij blijft vaak ongenoemd dat een brandstofcel eveneens grondstoffen nodig heeft, zoals kobalt of platina. Voor het poeder zijn natuurlijk ook grondstoffen nodig, zoals borax. Dit is een veelvoorkomend mineraal dat onder andere in de VS, China en Turkije gewonnen wordt. Op dit moment lijkt de wereldvoorraad voldoende te zijn, zeker als het in een beperkt aantal sectoren gebruikt gaat worden.
Dat het poeder hergebruikt kan worden, is een enorm voordeel. Natriumboorhydride, borax plus waterstof, moet natuurlijk ook gemaakt worden en dat proces kost eveneens energie. Dit proces wordt meestal niet concreet besproken als het om de energie-efficiëntie van de keten gaat. H2Fuel spreekt over een 'rendement van bijna 100 procent', maar dat gaat puur over de chemische reactie naar waterstofgas. Dit staat dus los van het omzetten naar elektriciteit in de brandstofcel of de productie van het waterstofpoeder. Voor de massale productie van natriumboorhydride is logischerwijs ook veel duurzame elektriciteit nodig.
"Er zijn twee mogelijkheden voor het regeneratievraagstuk", zegt Klaas Visser van de TU Delft. "Het kan mechanochemisch en elektrochemisch. We weten nog niet exact welke van de twee de beste is. Met de Universiteit van Amsterdam hebben we afgesproken dat zij naar elektrochemische regeneratie kijken en wij, de TU Delft, naar de mechanochemische."
Het laatste knelpunt is de prijs. Ten eerste die van de ombouw van voertuigen, zoals schepen, en ten tweede de prijs van zowel de natriumboorhydride, het poeder, als het recyclingproces. Ook de kostprijs van waterstof en de beschikbaarheid van duurzame stroom spelen daarbij een rol. Het lastige is dat er op dit moment over de kosten nog weinig concreets te zeggen valt. Er zijn nog geen echte praktijkvoorbeelden en talloze onderzoeken lopen nog. Waterstofpoeder is duurder dan andere vormen van waterstof, in gasvorm of vloeibaar. De kostprijs is een belangrijk onderdeel in het beslisproces om eventueel over te schakelen op deze duurzame energiedrager. Wat wel bekend is, is dat het zeer waarschijnlijk te duur wordt om iedere keer opnieuw waterstofpoeder te kopen. Het wordt dus noodzakelijk om zelf te regenereren en daarbij waterstof opnieuw aan het poeder te binden. De goedkoopste en efficiëntste manier waarop dat kan, is momenteel nog niet bekend. Zoals in de vorige alinea beschreven is, is dat nog volop in ontwikkeling.
/i/2004628264.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/2006078616.jpeg?f=fpa)
/i/2005297418.webp?f=fpa)