H2 dossier: hoe maak je waterstof en hoeveel kost het?

Waterstof maken

Waterstofgas komt steeds vaker in het nieuws als mogelijke vervanger voor brandstoffen zoals benzine of diesel. Een aantal autoconstructeurs hebben al een waterstofauto op de markt maar er bestaan nog steeds grote misvattingen over het gas. In het H2 dossier behandelen we elke week een specifiek aspect van de waterstofeconomie. In deel 1 gingen we na wat waterstof precies is. In dit deel bekijken we hoe het geproduceerd wordt. 

Waterstof (H2) komt quasi niet voor in de natuur en daarom moet het geproduceerd worden. De huidige manieren van waterstofproductie zijn heel energieverslindend.

95% van al het waterstof in de wereld wordt gemaakt door reforming van aardgas of andere fossiele brandstoffen. Minder dan 5% wordt geproduceerd door elektrolyse en het overige deel wordt gemaakt met experimentele methoden zoals een algen bioreactor.

Reforming van aardgas

Het belangrijkste bestanddeel van aardgas is methaan (CH4). Tijdens het reforming proces reageert methaan (CH4) met water (H2) op een hoge temperatuur (700 – 1100°C) en bij hoge druk (25 bar). Hierbij wordt waterstof (H2) en CO2 gevormd. De chemische reactie gaat alsvolgt:

 CH4 + 2H2O + energie –> 4H2 + CO2

De vereiste hitte voor dit proces wordt gewoonlijk verkregen uit de verbranding van een deel van het methaan.

Aardgas reforming Linde

Dit is een productiefaciliteit waarin aardgas wordt omgezet in H2. Bron: Linde

In de praktijk ligt de efficiëntie van dit proces rond de 75%. Dit wil zeggen dat 75% van de energie die zich in het aardgas bevindt opgeslagen wordt in het waterstof. De overige 25% gaat verloren.

Je zit natuurlijk altijd met de nadelige CO2 uitstoot. Voorstanders van dit proces argumenteren dat het CO2 kan opgeslagen worden in ondergrondse reservoirs. Al is het zeer de vraag of dit op lange termijn een economisch, ecologisch en praktisch haalbaar proces is.

Waterstof maken met elektrolyse

Elektrolyse is een proces dat bijna iedereen gezien heeft in de chemieles. Eenvoudig uitgelegd wordt er elektriciteit gejaagd door water (H20) en daarbij wordt zuurstof en waterstofgas gevormd.

2H20 + elektriciteit –> 2H2 +02

 In onderstaande video wordt haarfijn uitgelegd hoe het precies werkt.

 

Op industriële schaal bedraagt de efficiëntie van dit proces ongeveer 50% tot 70%. Dit wil zeggen dat 70% van de energie uit de elektriciteit wordt opgeslagen in het waterstof.

Voorstanders van elektrolyse argumenteren dat het een groene manier is om waterstof te produceren, indien de elektriciteit wordt opgewekt door zonnepanelen of windmolens. Hoe dan ook gaat veel energie verloren in het elektrolyse-proces.

Waterstofproductie met een Algen bioreactor

Er wordt momenteel veel onderzoek verricht naar alternatieve manieren om H2 te produceren. Een techniek die vaak opgevoerd wordt als toekomstig alternatief is de algen bioreactor.

In 1997 werd ontdekt dat wanneer je algen onthoudt van zwavel, ze overschakelen op de productie van H2 (via gewone fotosynthese) in plaats van zuurstof. In 2007 bleek dat de toevoeging van koper hetzelfde resultaat oplevert.

Waterstofproductie

Waterstofproductie met een algen bioreactor. Bron: Wikipedia.

Deze techniek wordt nog volop geoptimaliseerd. Momenteel is het klaarblijkelijk nog geen economisch interessante oplossing. Kritische geesten, zoals Kris De Decker van Lowtech Magazine, twijfelen er aan of H2-productie via algen een toekomst heeft.

Hoeveel kost waterstof?

Waterstof prijsUit het bovenstaande blijkt dat waterstof maken niet eenvoudig is en dat heeft z’n weerslag op de prijs.

Om de prijs te analyseren moeten we eerst kijken hoeveel een waterstofauto verbruikt. De Hyundai ix35 FCEV verbruikt officieel 0,86 kg H2 per 100 km. Zoals bij alle auto’s zal het verbruik in de praktijk hoger liggen. Laten we ervan uitgaan dat een typische auto 1,25 kg H2 per 100 km nodig heeft.

In België zijn er nog geen waterstofstations en daarom kennen we hier nog geen pompprijs. In Californië hebben ze wel H2-stations en daar zou een liter 12$ kosten. Met andere woorden, 100 km rijden kost je 15$ of omgerekend 14,1€.

Experten gaan er van uit dat de prijs kan zakken naar 5$ per kg wanneer het goedje en masse geproduceerd wordt. Maar dan nog kost 100 km rijden 5,9€.

Met andere woorden, op waterstof rijden zal in het beste geval evenveel kosten als rijden op benzine of diesel, tenzij er een goedkopere productietechniek gevonden wordt.