Komende zomer begint in Nederland het waterstoftijdperk. Vanaf september rijden er in Amsterdam lijnbussen op deze energiedrager van de toekomst. Maar voordat we allemaal op waterstof rijden, zijn we een halve eeuw verder.
De sport utility vehicle (suv) ligt onder vuur. Talloze Amerikanen zijn gek op hun suv, de jumbo-auto die zo veel benzine slurpt. Onlangs verschenen er enkele tv-commercials in de VS waarin de suv-rijder met een terrorist werd vergeleken. “Ik hielp een nachtclub op te blazen door elke dag naar m´n werk te rijden,” bekent een zogenaamde suv-rijder in zo'n spotje, gefinancierd door een actiegroep die de afhankelijkheid van het Midden-Oosten wil verkleinen. De redenering: de suv verbruikt veel benzine, benzine komt uit het Midden-Oosten en het Midden-Oosten financiert terroristen. Een andere campagne tegen suv's komt uit religieuze hoek en stelt de vraag 'What would Jesus drive?' Jezus zou waarschijnlijk met de bus gaan, zo denken ze bij deze organisatie.
Suv-rijders zijn al niet makkelijk op andere gedachten te brengen en de kans dat het met deze bizarre campagnes lukt is dus erg klein. Maar het is duidelijk dat de zorg om het milieu en het broeikaseffect niet de enige reden is waarom het energieverbruik ter discussie staat. De afhankelijkheid van het buitenland voor fossiele brandstoffen is een andere reden. En er is natuurlijk nog een derde reden die meespeelt: de brandstofreserves raken uitgeput. De voorspellingen van de Club van Rome in de jaren zeventig zijn voorbarig geweest en het kan nog tientallen jaren duren voordat het zo ver is, maar de bodem van de put komt onvermijdelijk in zicht.
Het is dus niet verwonderlijk dat de belangstelling voor schone, alternatieve energiebron als waterstof toeneemt, niet alleen in de VS maar ook in Nederland. Waterstof (chemisch symbool: H, of vaak aangeduid als H2 omdat de atomen meestal paarsgewijs voorkomen) is het eerste element uit het periodiek systeem. Bij gewone temperaturen is H2 een reukloos, onschadelijk gas. Bij sterke verhitting verbrandt het gas tot water (H2O), vandaar de naam waterstof, of voluit 'watervormende stof'.
Schone bus
Het zou onjuist zijn om waterstof een energiebron te noemen. Beter is: energiedrager. In ongebonden vorm komt waterstof namelijk nauwelijks op aarde voor. Anders gezegd: als je waterstof wilt hebben, moet je het eerst maken. In de regel is daar energie voor nodig. Als je eenmaal waterstof hebt geproduceerd, is het gas daarna af te voeren, op te slaan, en op een ander tijdstip of andere plaats weer in energie om te zetten.Een voorbeeld is de bus die het Gemeentevervoerbedrijf (GVB) komende zomer in Amsterdam wil gaan inzetten. In de Amsterdamse haven wordt een zogeheten electrolyser in een zeecontainer geplaatst. Watermoleculen worden hier 'geëlektrocuteerd' waardoor ze uiteenvallen in waterstof en zuurstof. De waterstof wordt in gasflessen opgevangen, en de gasflessen worden in de bus gebruikt in plaats van een dieseltank. Met de waterstof wordt energie opgewekt met behulp van een 'brandstofcel', een chemisch apparaat waarin waterstof wordt omgezet in water.
Het opwekken van energie is een 'schoon' proces: er komen geen roetdeeltjes en geen schadelijke stoffen zoals kooldioxide (CO2) vrij. De bijdrage aan het broeikaseffect is nul. Het busproject is een samenwerkingsverband van Daimler-Chrysler met tien stadsvervoersbedrijven in Europa. Naast Amsterdam zal er in verschillende andere Europese steden met een 'schone bus' worden geëxperimenteerd.
Het gebruik van waterstof mag dan zelf schoon zijn, voor de productie van de waterstof (door de electrolyser) is nog wel stroom nodig. De bedoeling van het project is ervaring op te doen met het gebruik van waterstof, aldus Petra Faber van het GVB. “Wat we onderzoeken zijn de randvoorwaarden van het gebruik. Wat is het rendement van de brandstofcel? Hoe gaat het in het dagelijks verkeer in de drukke stad? Hoe verloopt het vervoer van de gasflessen?” Het is de bedoeling dat ook de productie van waterstof zoveel mogelijk met duurzame energie gebeurt. In Barcelona wordt gekeken naar zonne-energie en op IJsland naar geisers. Zelf gebruikt het GVB voor de proef groene stroom geleverd door Nuon.
Aan verschillende kanten wordt er dus onderzoek naar waterstof gedaan, niet alleen aan de kant van het gebruik als energiebron in auto's, bussen of generatoren, maar ook aan de kant van de productie. Als het lukt om de waterstof 'schoon' op te wekken, kan de allergrootste winst voor het milieu worden behaald.
Een van de onderzoekers die zich met het laatste bezighoudt is Pieternel Claassen van het Instituut voor Agrotechnologisch Onderzoek in Wageningen. Claassen onderzoekt de rol van biomassa als mogelijke bron van waterstof. Onder biomassa worden biologische stoffen verstaan, hetzij gewassen die specifiek voor de productie van waterstof worden geteeld, hetzij afvalstoffen zoals papierpulp of gft-afval. Met behulp van fermentatieprocessen is het in principe mogelijk om waterstof uit dergelijke biomassa's te winnen.
Het lijkt een ultieme droom: ons eigen afval wordt omgewerkt tot schone energie. Claassen zet daar wel enkele kanttekeningen bij. De benodigde fermentatieprocessen zijn nog lang niet goed genoeg voor voldoende productie. Het zal misschien nog tien à vijftien jaar duren, denkt ze, voordat de wetenschap de processen goed genoeg in de vingers heeft. En: “Het zal altijd tamelijk kleinschalig blijven,” aldus Claassen. Ook al worden er akkers volgezet met olifantsgras of miscanthus-riet, dat is altijd nog wat anders dan een aanboren van een gasbel in Slochteren. Het bijeenbrengen en bewerken van biomassa blijft arbeidsintensief. Toch moet het in beginsel mogelijk zijn, denkt Claassen, om een substantiële bijdrage aan de energievoorziening te leveren. Met 50 procent van al het gft-afval in Nederland zou in 9 procent van de energiebehoefte van de huishoudens kunnen worden voorzien.
Snelweg
Niet alle ontwikkelingen op het gebied van waterstof spelen in een verre toekomst, zeker niet als je een aantal autoleveranciers mag geloven. Sommige leveranciers gaan zo ver om te beweren dat een auto uitgerust met een brandstofcel over drie jaar in de showroom staat, maar veel experts zijn sceptischer. “2010 is realistischer, denk ik,” aldus Frank de Bruijn van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in Petten.
De brandstofcel is een van de hoekstenen van de waterstofhuishouding. In een brandstofcel wordt waterstof door enkele chemische substanties geperst en op die manier aan zuurstof gebonden. Daarbij komt elektriciteit vrij. Het is een zeer schone manier om energie op te wekken, met bovendien een hoog rendement. De technologie is relatief oud, en werd al gebruikt ten tijde van de Apollo-reizen naar de maan, eind jaren zestig.
De brandstofcel is op weg om een goed alternatief te worden voor de benzinemotor, maar moet nog een aantal obstakels overwinnen. Pure waterstof is nog moeilijk te krijgen. Een alternatief zou het gebruik van methanol of alcohol zijn,
dat kan worden 'gekraakt' tot onder meer waterstof. Zelfs benzine, diesel en aardgas kunnen worden verwerkt tot waterstof. Bij dergelijke alternatieve brandstoffen komen wel schadelijke stoffen vrij, maar veel minder dan in de huidige verbrandingsmotoren.
De auto-industrie staat nu voor een aantal moeilijke keuzes. Het heeft weinig zin om auto's met brandstofcellen op de markt te brengen als de autorijders nergens kunnen 'tanken'. Dat wil zeggen: er is een infrastructuur nodig zodat waterstof, alcohol, of welke stof dan ook gebruikt wordt, langs elke snelweg verkrijgbaar is. Maar dan moet eerst duidelijk zijn welke brandstof de meeste kans van slagen heeft: pure waterstof, methanol, toch maar voorlopig gewone benzine blijven gebruiken? De prestaties van auto's met brandstofcellen blijven op sommige punten achter bij de huidige auto's, zoals de opstartsnelheid en de koude start bij vorst. Brandstofcel-auto's zouden daarom, mede doordat zo'n infrastructuur tot stand moet worden gebracht, aanmerkelijk duurder uitvallen. Op de huidige automarkt zouden ze kansloos zijn. De Bruijn van ECN: “We moeten opboksen tegen de huidige verbrandingsmotoren die uitontwikkeld zijn. Vanwege de hogere kosten is het vooralsnog heel moeilijk om te concurreren met de bestaande auto's.”
De kosten: dat zal de komende jaren de sleutel blijven tot een snelle of minder snelle acceptatie van de brandstofcel. De vraag is of de pessimisten gelijk hebben, die zeggen dat de huidige olieproductie na 2006 achteruit zal gaan, of de optimisten die het jaartal 2040 noemen. En of het mogelijk zal blijken om (goedkoop) brandstof te produceren uit de teer-deposito's in Canada en Venezuela, waar meer olie in de grond zit dan in het hele Midden-Oosten. Ook is de vraag hoeveel ernst de regeringen zullen maken met het Kyoto-verdrag en het terugdringen van het broeikaseffect. Gebeurt dat niet, dan zal de huidige olie-economie de komende decennia moeilijk op kosten te verslaan zijn. De overgang naar een volledige waterstofeconomie kan nog zeker veertig à vijftig jaar duren, aldus Howard Levinsky, onderzoeker bij de Nederlandse Gasunie en hoogleraar aan de Rijksuniversiteit Groningen.
Toch is hij onlangs een groot onderzoek gestart naar het gebruik van waterstof in de landelijke energiestructuur. Waarom nu al, als het toch nog een halve eeuw duurt? Levinsky: “Je kunt niet op een dag wakker worden en denken: 'Vandaag stappen we over op waterstof.' Het wordt een geleidelijke overgang.” In het project wordt onderzocht in hoeverre huidige apparaten zoals gasbranders en gasturbines kunnen blijven functioneren als aardgas wordt 'aangelengd' met waterstof. Ook wordt er gekeken welke aanpassingen er nodig zijn om hogere percentages waterstof mogelijk te maken. “Waterstof is nog maar mondjesmaat beschikbaar,” zegt Levinsky, “maar het wordt steeds meer. Er wordt geëxperimenteerd met windenergie, zonnecollectoren en biomassa. Zodra er meer waterstof beschikbaar komt, kunnen we er goed gebruik van maken.” Zelfs de suv-rijders zullen op een dag onschadelijk zijn voor het milieu. Waarmee ze Jezus (die ze ziet rijden vanuit zijn plekje in de bus) waarschijnlijk erg blij zullen maken.
Wat wanneer?
2005 Auto's zetten gas of benzine om in waterstof, waarmee de energie efficiënter wordt gebruikt (en de auto schoner en stiller rijdt).
2015 Bij elke benzinepomp is er een extra gaskraan: 'H2'. Auto's en vrachtwagens tanken waterstof en produceren hun vermogen met behulp van een brandstofcel.
2025 Elke wijk beschikt over een biocentrale waar het lokale gft-afval wordt omgezet in waterstof. De energiebehoefte van het huishouden wordt dus voor een deel uit de bananenschillen teruggewonnen.
2035 Grote windturbines op zee leveren energie waarmee watermoleculen worden gesplitst in waterstof en zuurstof. De waterstof wordt vervoerd naar de energiecentrales rond de steden. Bij de energieopwekking wordt het waterstof weer aan zuurstof gebonden, er is geen uitstoot van CO2 of andere schadelijke stoffen.
