Ons werk

15 dingen die je moet weten over waterstof

Waterstof kan een belangrijke bijdrage leveren aan de energietransitie. Samenwerking is essentieel om waterstof succesvol in te kunnen zetten om bijvoorbeeld bij te dragen aan: CO2-reductie in de industrie, e-fuels voor vliegtuigen en gebruik in de gebouwde omgeving. Maar er zijn investeringen nodig en er zijn vragen. Wat zijn de risico’s, wat zijn de gevolgen voor de burger? Wat betekent groene waterstof?

Alles over waterstof

Meer weten over de rol van waterstof in de energietransitie?

Lees meer

Lennart van der Burg, expert en business developer Waterstof bij TNO geeft antwoord op 15 prangende vragen over waterstof.

1. Wat is waterstof?

Waterstof is het meest voorkomend element in het universum. Onder normale omstandigheden is het gasvormig en spreken we over waterstof gas (H2). Waterstof is ook het lichtste gas dat we kennen, maar onder hoge druk heeft het per kg wel een hoge energie dichtheid van 120 megajoule (MJ). Dat is bijna drie keer zo veel als aardgas (45 MJ per kg). Het onder druk brengen (comprimeren) van waterstofgas kost echter ook de nodige energie (ongeveer 10%).

2. Wat is grijze en blauwe waterstof?

Vrijwel alle waterstof die op dit moment wereldwijd wordt geproduceerd is zogeheten ‘grijze waterstof’. De productie gebeurt op dit moment via Steam Methane Reforming (SMR). Hier reageert hoge druk stoom (H2O) met aardgas (CH4) met als resultaat waterstof (H2) en het broeikasgas CO2. In Nederland wordt op deze manier ongeveer 0,8 mln. ton H2 geproduceerd waarvoor vier miljard kuub aardgas wordt gebruikt en zorgt voor een CO2-emissie van 12,5 miljoen ton.

Men spreekt over ‘blauwe waterstof’ of ‘low carbon hydrogen' als de CO2 die vrijkomt in het proces van grijze waterstof grotendeels (80 tot 90%) wordt afgevangen en opgeslagen. Dit wordt ook wel CCS: Carbon Capture & Storage genoemd. Dat zou kunnen gebeuren in lege gasvelden onder de Noordzee. Op dit moment wordt nog nergens in de wereld blauwe waterstof op grote schaal geproduceerd.

3. Wat is groene waterstof?

Groene waterstof ook wel 'renewable hydrogen' genoemd, is waterstof die is geproduceerd met duurzame energie. De bekendste is elektrolyse waarbij water (H2O) via groene elektriciteit wordt gesplitst in waterstof (H2) en zuurstof (O2). In Nederland is een groot aantal partijen bezig te experimenten met deze elektrolysers op megawattschaal. Waterstof komt ook vrij bij het op hoge temperatuur vergassen van biomassa.

4. Wat is turquoise waterstof?

In het Faraday laboratorium werkt TNO aan technologische doorbraken voor opschaling

Waterstof geproduceerd uit aardgas via de zogeheten molten metal pyrolyse technologie wordt ‘turquoise waterstof’  of 'low carbon hydrogen' genoemd. Aardgas wordt door een gesmolten metaal geleid waarbij zowel waterstofgas vrij komt als ook vaste koolstof. Dit laatste kan een nuttige toepassing vinden in bijvoorbeeld autobanden. Deze technologie bevindt zich nog in het laboratorium en het duurt minimaal tien jaar voor de eerste pilotfabriek is gerealiseerd.

5. Wat zijn verdere fundamentele verschillen tussen blauw en groen?

Naast de manier van productie zijn er nog een aantal andere belangrijke verschillen waaronder:

  • Alleen groene waterstof geproduceerd via elektrolyse zorgt ervoor dat grote hoeveelheden duurzame elektriciteit geproduceerd op zee en op land goed ingepast kunnen worden in ons energiesysteem. Alleen elektrolyse kan namelijk flexibel (op afroep) elektriciteit omzetten naar waterstof om dit vervolgens op te slaan.
  • Daarnaast draagt de ontwikkeling van grootschalige elektrolyse bij aan de groeiende vraag naar elektriciteit en stimuleert hiermee de groei van duurzame energie.
  • Verder is er een verschil in kwaliteit. Groene waterstof kent een hogere zuiverheid en kan direct goed worden toegepast, bijvoorbeeld in de brandstofcel van een voertuig. Blauwe waterstof kent een lagere zuiverheid, voldoende voor industriële toepassing.
  • De productie van blauwe waterstof is een manier om op grote schaal en tegen relatief lage kosten de industrie te ‘decarboniseren’ oftewel de CO2 te reduceren.

6. Welke rol speelt waterstof in de energietransitie?

In onze huidige energiemix wordt ongeveer 20% geleverd in de vorm van elektriciteit en 80% in de vorm van aardgas of vloeibare fossiele brandstof (benzine, diesel). Door onze klimaatdoelstellingen gaat dit komende tijd sterk veranderen. Het aandeel elektriciteit geproduceerd door wind en zon zal sterk toenemen. Voor een aantal toepassingen zoals zwaar transport, hoge temperatuur processen in de industrie en in de luchtvaart, is er nog geen goede elektrische oplossing en blijft er behoefte aan een duurzaam gas. Hier kan waterstof een nuttige rol spelen. Daarnaast is waterstof belangrijk in de vorm van grootschalige opslag voor de momenten dat het windstil is en bewolkt.

7. Welke landen zijn ook bezig met waterstof?

Stadsbus op waterstof van Van Hool

Landen als Noorwegen, Australië, Marokko, Chili, Saudi-Arabië, China en Japan zijn erg actief met groene waterstof.  Belangrijkste reden is de grote (potentiële) beschikbaarheid van goedkope duurzame energie uit wind, zon of waterkracht om groene waterstof  te produceren. Uitzondering hierin is Japan dat voor zijn energievoorziening grotendeels afhankelijk is van import en een strategie heeft ontwikkeld om op grote schaal (groene) waterstof te importeren en zelf een belangrijke rol speelt in de technologie ontwikkeling. Nederland heeft een goede positie mede dankzij onze kennis van gas en elektrolyse technologie, de grote windenergie potentie op de Noordzee en de energie-intensieve industrie die sterk moet inzetten op verduurzaming.

8. Waarvoor gaan we waterstof gebruiken?

Waterstof is met name belangrijk voor de procesindustrie. Het wordt nu voornamelijk gebruikt voor de productie van kunstmest maar kan in de toekomst ook worden gebruikt voor hoge temperatuur processen zoals staalproductie waarvoor nu aardgas of kolen wordt gebruikt. Daarnaast gaat waterstof een rol spelen in de mobiliteit, bijvoorbeeld voor streekbussen die langere afstanden moeten overbruggen en waar elektrisch rijden geen oplossing is.

9. Wat betekent waterstof voor de burger?

Het NXT-tankstation in Alkmaar. Een nieuw brandstoffen- en energieconcept waar binnenkort ook waterstof kan worden getankt.

Op korte termijn zal er niet heel veel te zien zijn. De toepassing van waterstof in bijvoorbeeld woonhuizen zal nog lang op zich laten wachten als dit al gebeurt. Voor het merendeel van de woningen biedt een collectief warmtenet of een elektrische warmtepomp een betere oplossing. In het verkeer zal het aantal waterstof auto’s (nu minder dan honderd) en het aantal waterstof tankstations (vier locaties in 2019) langzaam wel toenemen.

10. Wat zijn de risico's?

Waterstof is een erg licht gas, snel ontvlambaar en wordt in de mobiliteit onder drukken tot 700 bar toegepast. Net als elk ander gas is het van belang om er bij productie, transport en gebruik voorzichtig mee om te gaan en dat uitsluitend aan professionele bedrijven over te laten. Als waterstof wordt ingezet in bestaande gasleidingen is het van belang om het ‘gedrag’ van waterstof in de praktijk nader te onderzoeken . Waterstof is namelijk lichter dan aardgas en kan makkelijker ontsnappen bij kleppen en afsluiters.

11. Wat doet TNO aan waterstof onderzoek?

TNO verricht onafhankelijk en toonaangevend toegepast wetenschappelijk onderzoek. Op het gebied van waterstof doet TNO onderzoek gerelateerd aan productie van waterstof, infrastructuur voor waterstof, en toepassing van waterstof (conversie en eindverbruik). In 2020 voerde TNO meer dan 50 projecten uit op deze thema’s. Een selectie hiervan is weergegeven in tabellen in de annex. De activiteiten van TNO op het gebied van waterstof hebben tot doel:

  • een bijdrage te leveren aan de technische, sociale en beleidsinnovaties die nodig zijn voor het
  • versnellen van de ontwikkeling van de optie waterstof als onderdeel van de transitie naar een klimaatneutrale energiehuishouding
  • het bevorderen van het ontstaan van ecosystemen van bedrijven en maatschappelijke partners op specifieke waterstofthema’s zoals de maakindustrie (Elektrolyser Makers Platform), industriële elektrificatie (Voltachem programma) en offshore systeemintegratie met behulp van waterstof (North Sea Energy programma)
  • het versterken van de concurrentiepositie van Nederland in het internationale speelveld

12. Waar staat de ontwikkeling van groene waterstof op dit moment?

Tussen 2000 en 2018 werden ongeveer 230 elektrolyseprojecten in gebruik genomen met een totaal vermogen van ongeveer 100 MW (bron: IEA 2019, the Future of Hydrogen report). In 2020 is 200 MW wereldwijd geïnstalleerd. Deze cijfers laten duidelijk zien dat we nog maar aan het begin staan en dat we een compleet nieuwe toeleveringsketen moeten ontwikkelen.
We hebben nieuwe bedrijven, nieuwe leveranciers en nieuwe fabrikanten nodig die materialen en componenten voor grotere en nieuwe generatie elektrolysesystemen ontwikkelen. Dit is een kans voor de hightechindustrie in Nederland.  De ambitie van de Europese Unie is om 40 GW elektrolyse capaciteit te instaleren voor 2030 in de EU  en nog eens 40 GW in Noord-Afrika. Om deze doelstelling te behalen is een versnelling nodig van de technologie ontwikkeling en de daadwerkelijke projecten.

13. wat zijn de belangrijkste technische uitdagingen voor electrolyse?

Wat betreft waterelektrolyse zijn er op dit moment vier technologieën beschikbaar (AEM, SOE, PEM en Alkaline)  allemaal met hun specifieke voordelen, nadelen en niveaus van volwassenheid. Bekijk hier onze video over productie van waterstof door middel van elektrolyse in ons Faraday lab. Voor alle vier technologieën zijn de drie belangrijkste onderzoeksuitdagingen:

  1. Kapitaaluitgaven voor het systeem te verlagen
  2. Systeemefficiëntie verhogen
  3. Grootschalige productie mogelijk maken om een jaarlijkse wereldwijde productie van 10 GW tegen 2030 te faciliteren

14. Wat is de positie van Nederland?

Waterelektrolyse is een belangrijke sleutel technologie in ons toekomstige energiesysteem. Er zijn drie belangrijke redenen waarom deze groene waterstofproductie zo belangrijk zal zijn. Ten eerste stelt het ons in staat om het windenergiepotentieel op de Noordzee ten volle te benutten. Door de beperkte capaciteit van het elektriciteitsnet is het nu niet mogelijk om het totale potentieel van 70 GW windenergie kosteneffectief te integreren. Een conversie naar waterstof en het gebruik van het hogedrukgasnet lijkt een goede oplossing om de hernieuwbare moleculen door ons energiesysteem te transporteren.

Ten tweede hebben we waterstof nodig om sectoren te decarboniseren waar directe elektrificatie geen optie is. Denk aan de staalindustrie, of de luchtvaart door middel van synthetische kerosine en langeafstandsvervoer met waterstof, methanol of ammoniak. Ten derde hebben we waterstof nodig voor seizoensgebonden opslag en perioden waarin er in Noordwest-Europa weinig wind- en zonne-energie beschikbaar is. Waterstof kan onder druk worden opgeslagen in bestaande zoutcavernes en lege gasvelden Sterke punten van Nederland:

  • Met de Noordzee hebben we een groot potentieel aan duurzame energie wat we kunnen benutten met behulp van electrolyse technologie
  • Onze geografische positie met sterke havens kunnen we goede hub functie vervullen voor import van waterstof voor de rest van Europa
  • De sterke maakindustrie in Nederland kan in potentie een rol spelen in het maken van componenten voor electrolysers

15. Op zoek naar meer informatie?

Kies een van de onderstaande artikelen, onderzoeken of nieuwsitems hieronder:

Kennis

Van grijze en blauwe naar groene waterstof

Productie uit water via elektrolyse met duurzame elektriciteit van zon en wind is een CO2-vrij alternatief. Maar voor het maken van die groene waterstof zijn er nog technologische drempels te slechten.... Lees verder
Ons werk

Productie duurzame waterstof optimaliseren met elektrolyse

Waterstof die momenteel in ons land wordt geproduceerd is vooral bestemd als grondstof voor de productie van kunstmest en het ontzwavelen van brandstoffen. De huidige waterstofproductie is nu gebaseerd... Lees verder
Ons werk

Grootschalige opslag en transport waterstof

Met de sterke uitbreiding van het aantal windparken op zee het komend decennium tot een capaciteit van 11,5 gigawatt in 2030 wordt grootschalige opslag en transport van de opgewekte energie in de vorm... Lees verder
Ons werk

Waterstof als nieuwe brandstof en grondstof

De industrie gebruikt enorme hoeveelheden waterstof voor de productie van ammoniak, verschillende kunststoffen en raffinage. Maar omdat de waterstof wordt gemaakt met aardgas komt er veel CO2 vrij. Groene... Lees verder
Contact

Dr. ir. René Peters

  • Waterstof
  • Gas
  • LNG
  • Transitie
  • Offshore Energie

Volg TNO op social media

Blijf op de hoogte van het laatste nieuws, de vacatures en activiteiten

Op TNO.nl maken we gebruik van cookies. De daarin opgeslagen informatie kan bij een volgend bezoek weer naar onze servers teruggestuurd  worden.