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 verschillende aspecten van de waterstofmobiliteit. In deel 1 gingen we na wat waterstof precies is. Nu 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 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 (H2O) 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.

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. Zeer 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 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.

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?

Er is momenteel één waterstofstation in België, met name in Zaventem. Daar kost een kilogram waterstof 9,99€ (juli 2017).

Een gemiddelde waterstofauto, zoals de Toyota Mirai, verbruikt ongeveer één kilogram waterstof per 100 kilometer. Het kost momenteel dus ongeveer 10€ om 100 kilometer op H2 te rijden. Dat is meer dan voor elektrisch rijden, diesel rijden of benzine rijden met een gemiddelde auto.

waterstof prijs

Experten gaan er wel van uit dat de prijs kan zakken naar 5$ per kg wanneer het goedje en masse geproduceerd wordt.

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.