Nederlanders doen wat de Amerikanen niet lukte: ze slaan waterstof op in poedervorm én halen het er weer uit. Het ei van Columbus?

Jaren geleden riepen onderzoekers het al: de waterstofauto heeft de toekomst. Het was niet heel vergezocht, want de waterstofauto heeft onmiskenbaar grote voordelen. Zo rijdt de auto op het alomtegenwoordige waterstof, dat in een brandstofcel in contact wordt gebracht met zuurstof. Hierdoor ontstaat waterdamp én elektriciteit (waar de auto vervolgens op kan rijden). Zo’n auto rijdt dus op een hernieuwbare energiebron, produceert geen emissies en heeft een behoorlijke actieradius (tussen de 500 en 600 kilometer op een volle tank). Het klinkt te mooi om waar te zijn. En dat is het de afgelopen jaren ook gebleken. Want de waterstofauto heeft zijn grote doorbraak nog altijd niet doorgemaakt.

Recente ontwikkelingen
Het is te herleiden naar het feit dat er de afgelopen jaren nog flink aan de waterstofauto is geknutseld, vertelt professor Ad van Wijk, verbonden aan de TU Delft en groot fan van de waterstofauto (die we volgens hem in de nabije toekomst ook prima kunnen gebruiken als onze eigen persoonlijke energieleverancier). “Pas nu hebben we de brandstofcel zover ontwikkeld dat hij goed en op grote schaal goedkoop geproduceerd kan worden. En pas nu hebben we ook de tanks voor waterstof zover ontwikkeld dat ze niets, maar dan ook niets aan waterstof lekken.” Wie naar de auto kijkt, moet dan ook concluderen dat de waterstofauto nu werkelijk klaar is voor zijn grote doorbraak. Maar dan moet er ook op het gebied van infrastructuur nog wel iets gebeuren. Zo zijn in Nederland op dit moment maar een paar waterstoftankstations te vinden. Van Wijk heeft er alle vertrouwen in dat dat op korte termijn gaat veranderen. Hij wijst erop dat in Duitsland tot 2023 zo’n 400 waterstoftankstations worden aangelegd, zodat je daar in de nabije toekomst moeiteloos met een waterstofauto het land kunt doorkruisen. En ook andere landen timmeren hard aan de weg. “Vooral ook buiten Europa: in Japan, Zuid-Korea, Californië,” somt hij op. Nederland kan dan ook eigenlijk niet achterblijven. “Uiteindelijk komt er gewoon een waterstoftankstation-infrastructuur, ook in Nederland.”

De waterstofauto is al een tijdje op de markt. Onder meer Hyundai, Toyota en Honda brachten een waterstofauto uit. Afbeelding: Spielvogel (via Wikimedia Commons).

Zonder hoge druk
Rob de Kraa, verbonden aan het Nederlandse bedrijf H2Fuel Systems is daar minder van overtuigd. Hij wijst erop dat met de bouw van speciale waterstoftankstations nogal wat geld gemoeid is. En daarom ziet hij nog niet direct een dekkend netwerk van dergelijke tankstations ontstaan. Is het veelbelovende avontuur van de waterstofauto in zijn optiek dan gedoemd om te mislukken? Zeker niet. De Kraa richt zijn hoop namelijk op een grote recente doorbraak, waarbij waterstof gebonden wordt aan een ‘drager’ die onder atmosferische omstandigheden (dus niet onder hoge druk) kan worden opgeslagen én de waterstof rap weer vrijgeeft. Het maakt het in theorie mogelijk om straks bij elk bestaand tankstation waterstof te tanken.

Natriumboorhydride
De doorbraak is het werk van de Nederlandse uitvinder Gerard Lugtigheid en wordt op dit moment binnen het bedrijf H2Fuel Systems verder doorontwikkeld. Natuurlijk is H2Fuel niet de eerste organisatie die op het idee komt om waterstof aan een ‘drager’ te binden, zodat het onder atmosferische omstandigheden kan worden opgeslagen en getransporteerd. Onder meer het Department of Energy in de VS heeft er intensief onderzoek naar gedaan. Tijdens die experimenten werd onder meer gekeken naar de potentie van natriumboorhydride als drager. Het goedje was heel geschikt om waterstof in op te slaan, maar om het er vervolgens ook weer allemaal uit te halen: dat viel vies tegen. Het rendement was klein en al snel schoof natriumboorhydride naar de achtergrond. Maar niet in het hoofd van Lugtigheid. Hij borduurde voort op het werk van de Amerikanen en slaagde erin waterstof te binden aan natriumboorhydride “en vervolgens 98% van de theoretisch aanwezige waterstof (en warmte) weer vrij te laten komen,” aldus De Kraa. Het is een rendement waar de Amerikanen alleen maar van konden dromen en die deze drager nu werkelijk aantrekkelijk maakt.

Ultrapuur water

Ultrapuur water is water zonder ionen. Het is van cruciaal belang voor het vrijkomen van de waterstof uit de natriumboorhydride. En één van de redenen dat het de Amerikanen niet lukte om zo’n rendement te bewerkstelligen: ze hadden niet de beschikking over dit water.

Hoe tank ik dat?
“Het natriumboorhydride – met daarin opgeslagen de waterstof – wordt in korrelvorm naar het tankstation getransporteerd,” legt De Kraa uit. “Een machine aldaar maakt uit kraanwater ultrapuur water (zie kader,red.). Vervolgens wordt dat ultrapuur water vermengd met het natriumboorhydride, waardoor een pompbare slurry ontstaat.” Die ‘slurry’ – H2Fuel gedoopt – tank je vervolgens, net zoals je benzine tankt. Terwijl je dat doet, tank je echter ook sterk verdund zoutzuur. Dat wordt in een van de H2Fuel gescheiden tank opgeslagen. “Als je wilt gaan rijden, wordt dat zoutzuur met de H2Fuel gemengd en dan komt binnen milliseconden waterstof vrij. Niet alleen uit het natriumboorhydride, maar eenzelfde hoeveelheid ook uit het ultrapuur water. Dat waterstof gaat vervolgens naar de brandstofcel, waardoor elektriciteit wordt gegenereerd.” De reactie resulteert ook in een aantal restproducten, waaronder water uit de brandstofcel. “Een deel ervan wordt weer gefilterd tot ultrapuur water en direct gebruikt, omdat je meer van dit water nodig hebt dan je kunt tanken,” legt De Kraa uit. Naast wat water blijft ook de drager achter. Deze resten (door De Kraa ‘spent fuel‘ genoemd) worden in een apart tankgedeelte in de auto opgeslagen. “En wanneer je gaat tanken, wordt dat tankgedeelte gelijktijdig leeggezogen. De spent fuel wordt vervolgens afgevoerd en gerecycled: we kunnen van deze spent fuel weer nieuwe natriumboorhydride maken.”

“Elk benzinestation kan dit gaan gebruiken, waardoor de implementatie heel snel kan gaan”

Goedkoop
Het klinkt geweldig en dat is het volgens De Kraa ook. “Het tanken van H2Fuel duurt net zolang als benzine tanken. En het hele proces – van productie tot opslaan en vrijgave – is natuur- en mensvriendelijk en zonder enige schadelijke uitstoot. Daarnaast kan elk benzinestation dit gaan gebruiken, waardoor de implementatie heel snel kan gaan.”

H2Fuel biedt niet alleen mogelijkheden voor jou als automobilist. De Kraa denkt dat de transportsector nog enthousiaster zal zijn. “Juist op het gebied van zwaar vervoer kan de implementatie heel snel gaan. Je moet bedenken dat een vrachtwagen tussen de 700 en 1200 liter diesel aan boord heeft: dat kost een hoop ruimte en maakt de wagen zwaar. Bij ons kan zo’n vrachtwagen met slechts 350 liter natriumboorhydride op en neer naar Barcelona zonder te tanken.” Ook zou H2Fuel de oplossing kunnen zijn voor één van de grote vraagstukken omtrent hernieuwbare energie. Een samenleving die volledig op hernieuwbare energie wil draaien, zal namelijk een manier moeten vinden om overtollige hernieuwbare energie (die bijvoorbeeld op zonovergoten dagen door zonnepanelen wordt opgewekt) op te slaan voor dagen met energietekorten (als het heel bewolkt of windstil is, bijvoorbeeld). H2Fuel kan dan helpen. “Het kost energie om waterstof in natriumboor te stoppen,” legt De Kraa uit. Overtollige energie kan dan daarvoor gebruikt worden. Als een energietekort dreigt, laat je die waterstof vrijkomen en in een brandstofcel weer omzetten naar elektriciteit.

Op papier is H2Fuel fantastisch. Maar hoe zit dat in de praktijk? “Wij hebben inmiddels een eerste prototype gebouwd dat goed functioneert,” vertelt De Kraa. “Dit prototype heeft betrekking op de vrijgave van de waterstof uit de natriumboorhydride en het ultra puur water. In een later stadium zullen we ook het tweede deel van het proces – het opwaarderen van de spent fuel naar natriumboorhydride en waterstof – testen.” Hoewel er nog wel wat werk aan de winkel is, verwacht De Kraa dat het balletje snel kan gaan rollen. Bedrijven in binnen- en buitenland hebben volgens hem reeds grote interesse getoond in H2Fuel en ook de overheid zou enthousiast zijn. En dat is terecht, vindt De Kraa. “Dit is het ei van Columbus.”

Ei van Columbus?
Het enthousiasme van De Kraa is aanstekelijk. Maar gaat H2Fuel de wereld echt veranderen? We vroegen het Van Wijk. “Het is heel interessant, maar ik zie het nog niet in de personenauto gebruikt worden,” vertelt hij. “Ik denk dat het dan eerder in wat controleerbaardere markten gebruikt gaat worden, bijvoorbeeld als brandstof voor trekkers en boten.” Als het gaat om het gebruik van H2Fuel in personenauto’s, voorziet hij twee struikelblokken. Zo wijst hij erop dat je straks wanneer je gaat tanken, ook restproducten van de chemische reactie die in jouw auto heeft plaatsgevonden bij het tankstation achterlaat. “Dat betekent dat tankwagens heen en weer moeten rijden: ze moeten natriumboorhydride brengen en restproducten afvoeren. Dat is logistiek gezien een stuk ingewikkelder en dus duurder.” Daarnaast vereist H2Fuel een behoorlijke aanpassing van de bestaande (waterstof)auto. Je moet immers drie tanks hebben: eentje voor de natriumboorhydride, eentje voor het verdunde zoutzuur en eentje voor de spent fuel. Het bedrijf creëert die drie tanks door het plaatsen van tussenschotten in een tank en verwacht dat de auto-industrie deze tank straks gaat implementeren. Maar Van Wijk is daar nog niet zo zeker van. “Ik verwacht niet dat de automarkt – die er reeds voor gekozen heeft om waterstof onder druk te gebruiken – hier iets in ziet.”

“Ik zie dit meer als één van vele manieren waarop je het transport en de opslag van waterstof kunt inrichten”

Van Wijk legt de vinger op de zere plek. Want de implementatie van H2Fuel zal een ingewikkeld samenspel zijn waarbij de neuzen van onder meer de overheid, autobranche en – last but not least – de consument – dezelfde kant op moeten wijzen. De Kraa hoopt dat samenspel volgende maand op gang te brengen met het oprichten van een consortium dat erop gericht is H2Fuel klaar te stomen voor de markt. Maar Van Wijk heeft zijn bedenkingen. “Ik zie nog niet direct een voordeel ten opzichte van het tanken van waterstof onder druk: over de hele keten gezien is het proces van H2Fuel namelijk niet efficiënter dan dat van waterstof onder druk. H2Fuel is geen onzinnig idee. Maar het ei van Columbus is het zeker ook niet. Ik zie het meer als één van vele manieren waarop je het transport en de opslag van waterstof kunt inrichten. Zo wordt er momenteel bijvoorbeeld ook gekeken of waterstof door aangepaste aardgasleidingen kan worden gepompt en dat is toch echt vele malen goedkoper.”

En dus lijkt ook voor H2Fuel te gelden: eerst zien en dan geloven. De Kraa ligt er geen moment wakker van: hij is er naar eigen zeggen “van overtuigd” dat H2Fuel de wereld gaat veroveren. De overheid voelt de druk van het Parijse klimaatakkoord en zit volgens De Kraa te springen om een oplossing als H2Fuel. En de consument? Die zal H2Fuel net zo gemakkelijk omarmen, voorspelt hij. “In feite merk je als consument niet eens dat je op H2Fuel rijdt: je tankt het net zo als je benzine tankt, alleen is het veel goedkoper.”