De grote belofte van waterstof

Het alternatief voor elektrisch rijden?

Elektrolyse en efficiëntie

Uiteindelijk, vanaf circa 2030, is het de bedoeling om waterstof te produceren door middel van elektrolyse met gezuiverd water. Elektrolyse werkt door twee elektrodes in water te dompelen en die te verbinden met een gelijkstroombron. Aan de anode ontstaat door de splitsing van water zuurstof en aan de kathode wordt waterstof geproduceerd. Dat kan al met een potje water en een 9V-batterij, zoals vaak tijdens scheikundelessen wordt gedemonstreerd. Hierdoor komen waterstofgas (H₂) en zuurstof (O₂) vrij en als je er vervolgens een aansteker bij houdt, hoor je een knal. Bij elektrolyse is geen sprake meer van directe CO₂-uitstoot, wat deze methode zeer duurzaam maakt. De efficiëntie van elektrolyse is, afhankelijk van wie je gelooft, met een rendement van 40 à 65 procent wel lager dan die van reforming.

2H₂O + elektriciteit → 2H₂ + O₂

Elektrolyse vereist veel stroom. In het ideale geval wordt het uitgevoerd op basis van groene stroom uit zonne- of windenergie. We spreken dan over groene waterstof. In voorbeelden wordt vaak aangehaald dat de productie van waterstof kan plaatsvinden op momenten dat er een overschot is aan duurzame energie, maar net als het laden van elektrische auto's op groene stroom is dat alleen mogelijk als het waait of de zon schijnt. In de praktijk zal het daarom nog zeker tot 2030 duren voordat het aandeel duurzame energie dermate is toegenomen dat er sprake is van regelmatige overschotten. Tot die tijd moeten we het doen met grijze en blauwe waterstof voor de massaproductie van waterstof, tenzij er windparken exclusief voor de productie van waterstof worden gebouwd. Een ander praktisch probleem blijft dat de productie van waterstof uit elektrolyse twee tot drie keer zo duur is als die uit aardgas.

Efficiëntie

Een belangrijk nadeel van elektrolyse en waterstof als brandstof voor personenwagens, is de matige efficiëntie. Voor de productie van waterstof en het omzetten via de brandstofcel is veel energie nodig en het proces kent veel verliezen. Immers, eerst moet waterstof geproduceerd worden met behulp van water en elektriciteit, en eenmaal in de auto moet het weer worden omgezet naar energie via de brandstofcel en zuurstof. Ook bij de compressie gaat energie verloren. Bij elektrolyse is de efficiëntie circa 40 tot 65 procent en via reforming is dat 70 tot 80 procent. Een brandstofcel is ook niet 100 procent efficiënt, maar circa 50 tot 70 procent. Door de verliezen komt de well-to-wheel- (wtw-) efficiëntie uit op circa 20 tot 30 procent. De energieopslag van een accu is ook niet 100 procent efficiënt, maar het rendement is met circa 75 procent wel fors hoger. Voorbeeld: inclusief distributie en compressie is er circa 55 tot 70kWh elektriciteit nodig om een kilo waterstof te produceren. Uitgaande van 60kWh zou er 300kWh nodig zijn om de 5kg opslagtank van een Toyota Mirai te vullen, die daarmee maximaal 100km per kg kan rijden. Oftewel, er zouden twee tot drie keer zoveel windmolens nodig zijn voor waterstofauto's dan voor op accu's gebaseerde auto's.

Bron: watisduurzaam.nl

Het is denkbaar dat de efficiëntie van waterstof in de toekomst verder toeneemt, maar natuurwetten zijn niet te breken, dus zal er door omzettingen altijd sprake zijn van significant verlies. Doordat de productie van waterstof via elektrolyse veel energie kost, blijft het tanken van waterstof vermoedelijk relatief duur.

• Volgende pagina 4. Hoe werkt een waterstofauto?