De afgelopen jaren hebben landen over de hele wereld de ontwikkeling van de waterstofenergie-industrie in een ongekend tempo bevorderd. Volgens een gezamenlijk rapport van de internationale Hydrogen Energy Commission en McKinsey hebben meer dan 30 landen en regio's een routekaart voor de ontwikkeling van waterstofenergie gepubliceerd, en zal de wereldwijde investering in waterstofenergieprojecten in 2030 300 miljard dollar bedragen.
Waterstofenergie is de energie die vrijkomt bij de fysische en chemische omzetting van waterstof. Waterstof en zuurstof kunnen worden verbrand om warmte-energie op te wekken en kunnen ook worden omgezet in elektriciteit met behulp van brandstofcellen. Waterstof heeft niet alleen een breed scala aan bronnen, maar ook de voordelen van een goede warmtegeleiding, is schoon en niet-giftig, en heeft een hoge warmte-inhoud per massa-eenheid. De warmte-inhoud van waterstof per massa-eenheid is ongeveer drie keer zo hoog als die van benzine. Het is een belangrijke grondstof voor de petrochemische industrie en een brandstof voor ruimtevaartraketten. Met de toenemende roep om klimaatverandering aan te pakken en koolstofneutraliteit te bereiken, zal waterstofenergie naar verwachting het energiesysteem van de mensheid veranderen.
Waterstofenergie is aantrekkelijk, niet alleen vanwege de nul CO2-uitstoot tijdens het productieproces, maar ook omdat waterstof kan worden gebruikt als energiedrager om de volatiliteit en intermittentie van hernieuwbare energiebronnen te compenseren en de grootschalige ontwikkeling ervan te bevorderen. De door de Duitse overheid gepromote "elektriciteit-naar-gas"-technologie maakt het bijvoorbeeld mogelijk om waterstof te produceren voor de opslag van schone elektriciteit, zoals wind- en zonne-energie, die niet direct gebruikt kan worden, en om waterstof over lange afstanden te transporteren voor verder efficiënt gebruik. Naast de gasvormige toestand kan waterstof ook voorkomen als vloeibaar of vast hydride, wat diverse opslag- en transportmogelijkheden biedt. Als een zeldzame "koppelenergie" maakt waterstofenergie niet alleen een flexibele omzetting tussen elektriciteit en waterstof mogelijk, maar kan het ook een "brug" vormen voor de interconnectie van elektriciteit, warmte, koude en zelfs vaste, gasvormige en vloeibare brandstoffen, om zo een schoner en efficiënter energiesysteem te creëren.
Verschillende vormen van waterstofenergie kennen talloze toepassingsmogelijkheden. Eind 2020 zal het wereldwijde bezit van waterstofbrandstofcelvoertuigen met 38% toenemen ten opzichte van het voorgaande jaar. De grootschalige toepassing van waterstofenergie breidt zich geleidelijk uit van de automobielsector naar andere sectoren zoals transport, bouw en industrie. Bij gebruik in het spoorvervoer en de scheepvaart kan waterstofenergie de afhankelijkheid van traditioneel olie- en gasgestookt transport over lange afstanden en met hoge ladingen verminderen. Zo ontwikkelde en leverde Toyota begin vorig jaar de eerste serie waterstofbrandstofcelsystemen voor schepen. Toegepast in decentrale energieopwekking kan waterstofenergie elektriciteit en warmte leveren aan woon- en bedrijfsgebouwen. Waterstofenergie kan ook rechtstreeks efficiënte grondstoffen, reductiemiddelen en hoogwaardige warmtebronnen leveren aan de petrochemische industrie, de ijzer- en staalindustrie, de metaalindustrie en andere chemische industrieën, waardoor de CO2-uitstoot effectief wordt verminderd.
Waterstofenergie is echter, als secundaire energiebron, niet gemakkelijk te verkrijgen. Waterstof komt voornamelijk voor in water en fossiele brandstoffen in de vorm van verbindingen op aarde. De meeste bestaande waterstofproductietechnologieën zijn afhankelijk van fossiele energie en kunnen koolstofemissies niet vermijden. Momenteel is de technologie voor waterstofproductie uit hernieuwbare energiebronnen geleidelijk aan volwassen aan het worden, en kan waterstof met nul koolstofemissies worden geproduceerd uit hernieuwbare energiebronnen en water elektrolyse. Wetenschappers onderzoeken ook nieuwe waterstofproductietechnologieën, zoals fotolyse van water met behulp van zonne-energie om waterstof te produceren en waterstofproductie uit biomassa. De nucleaire waterstofproductietechnologie die is ontwikkeld door het Instituut voor Kernenergie en Nieuwe Energietechnologie van de Tsinghua Universiteit zal naar verwachting over 10 jaar in demonstratie worden genomen. Daarnaast omvat de waterstofindustrieketen ook opslag, transport, vulling, toepassing en andere schakels, die eveneens te maken hebben met technische uitdagingen en kostenbeperkingen. Neem bijvoorbeeld opslag en transport: waterstof heeft een lage dichtheid en lekt gemakkelijk onder normale temperatuur en druk. Langdurig contact met staal kan leiden tot "waterstofbrosheid" en schade aan het staal. Opslag en transport zijn veel complexer dan bij kolen, olie en aardgas.
Momenteel is in veel landen volop onderzoek gedaan naar alle aspecten van waterstof, waarbij technische moeilijkheden nog steeds worden overwonnen. Met de voortdurende uitbreiding van de schaal van waterstofenergieproductie, -opslag en -transportinfrastructuur, is er ook veel ruimte voor een daling van de kosten van waterstofenergie. Onderzoek wijst uit dat de totale kosten van de waterstofenergieketen naar verwachting in 2030 met de helft zullen dalen. We verwachten dat de waterstofmaatschappij hierdoor in een stroomversnelling zal raken.
Geplaatst op: 30 maart 2021