Waterstof: brandstof van de toekomst of... zonder toekomst?

Waterstof: mirakeloplossing of fata morgana?

Waterstof is een vaak genoemde oplossing als het gaat over de energietransitie en duurzame mobiliteit. In de Europese Green Deal wordt ze zeker gezien als één van de oplossingen om de klimaatdoelstellingen te halen. Bij het gebruik van waterstof komt er namelijk geen CO2 vrij. Geen wonder dus dat Europa veel aandacht besteedt aan deze technologie voor de reductie van broeikasgassen, niet alleen voor de industrie, maar ook voor transport, verantwoordelijk voor 27% van de CO2-emissie in Europa. Een ‘mirakeloplossing’ dus, al blijkt de technologie het in de race naar de vermindering van de CO2-uitstoot voorlopig toch af te moeten leggen tegen de elektrificatie van de transport- en andere sectoren.

Zal waterstof als technologie naar de toekomst toe zijn plaats verwerven in onze samenleving? En hoe werkt die nu precies? Wat krijg je wanneer voor- en nadelen op een rijtje worden gezet? Genoeg vragen voor een aangenaam gesprek met Sjoerd Zijlstra, directeur Studies & Training Development en in-house waterstofexpert bij EDUCAM.

Laten we beginnen bij het begin: wat is waterstof?

Waterstof, de H helemaal links bovenaan in de tabel van Mendeljev, is het meest voorkomende en kleinste scheikundige element op onze planeet. Het is onschadelijk, heel vluchtig, reukloos, onzichtbaar, extreem ontvlambaar, maar het bevat heel wat energie. Het komt in de natuur echter niet voor in geïsoleerde vorm, enkel in verbindingen, zoals in water, H2O. Als we het hier hebben over waterstof, gaat het eigenlijk over de molecule waterstof: H2.

Waterstof kan je niet ontginnen. Je moet het produceren. Het kan als restproduct gehaald worden uit chemische processen. Momenteel wordt het vooral gemaakt uit aardgas, maar dat is natuurlijk niet de beste oplossing omdat er een fossiele energiebron wordt gebruikt en er CO2 vrijkomt tijdens het productieproces.

Dat is niet helemaal wat de klimaatdoelstellingen beogen?

Dat klopt gedeeltelijk. Men spreekt in dat verband trouwens over ‘grijze waterstof’. Niet ideaal, maar het is eerder een tussenstap. Er zijn andere manieren om waterstof te produceren, zoals elektrolyse, waarbij H2 door middel van elektriciteit onttrokken wordt aan water. Als die elektriciteit wordt opgewekt met hernieuwbare energiebronnen, zoals zonnepanelen, windmolens of waterkrachtcentrales, dan is het hele proces wel ecologisch. Waterstof is een energiedrager, je kan de energie opslaan in waterstof om die later te gebruiken. Dat is wellicht het grootste voordeel, zeker wanneer we volledig zullen overschakelen naar hernieuwbare energie. Zonnepanelen of windmolens zijn geen stabiele energiebronnen omdat ze meer of minder energie produceren naargelang de weersomstandigheden. Op heel zonnige of winderige dagen overstijgt de energieproductie van zonnepanelen of windmolens ruimschoots de vraag. Handig als je dat teveel aan energie dan kan bewaren in de vorm van waterstof tot de vraag weer toeneemt. De waterstof kan dan getransporteerd worden, bijvoorbeeld via pijpleidingen naar de plaats waar ze nodig is.

Hoe werkt waterstof eigenlijk in een voertuig? Kan men dat vergelijken met rijden op benzine en diesel?

Dat zou inderdaad kunnen. Er zijn heavy-duty machines op de markt die op deze manier werken. Ze starten op met diesel en schakelen daarna over op waterstof. Maar dan zit je nog steeds met het lagere rendement van een verbrandingsmotor. Voordeel is wel dat er bij de verbranding van H2 enkel water vrijkomt. Zo’n motor produceert dus water, maar rijdt niet op water voor alle duidelijkheid.

Als we het hebben over waterstofvoertuigen, auto's op kop, dan gaat het om een andere technologie, namelijk de brandstofcel of fuel cell. De auto is voorzien van een waterstoftank en een brandstofcel. Het waterstofgas (H2) uit de brandstoftank wordt in de brandstofcel gecombineerd met zuurstof. Daarbij ontstaat elektrische energie die een of meerdere elektromotoren direct kan aandrijven, met water (H2O) als enige restproduct. Verder heeft de auto ook een bufferbatterij die wordt gebruikt voor het accelereren en remmen en waarin de remenergie kan worden opgeslagen.

In feite is de auto dan een volledig elektrische wagen, net zoals de elektrische auto met een accu. In vaktaal worden ze daarom respectievelijk aangeduid als Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) en Battery Electric Vehicle (BEV). Bij een batterij wordt de opgeslagen energie eenmalig vrijgegeven en raakt ze na verloop van tijd op tot de batterij weer is opgeladen. Het grote voordeel van de brandstofcel is dat er continu elektriciteit wordt vrijgegeven zolang er waterstof wordt toegevoegd. Samen met het lagere gewicht van de H2-brandstofcel – in vergelijking van dat van de elektrische batterij – zorgt dat voor een groter rijbereik.

En de waterstof, kan je die gewoon bijtanken zoals diesel of benzine?

Ja, dat kan zeker, uiteraard aan een speciale waterstofpomp. Maar het is net zo eenvoudig. Het gaat alleszins sneller dan het opladen van elektrische voertuigen. En het levert een groter bereik op.

Het nadeel van waterstof is het volume. Het is maar liefst 14 keer lichter dan lucht. In gasvorm en bij normale druk heeft 1 kg waterstof een volume van 12m3! Dat is enorm. Daarom wordt het sterk samengedrukt, tot wel 700 bar, om tot een aanvaardbaar volume te komen. Als we nog eens naar een wagen terugkoppelen: om een idee te geven, om 5 kg waterstof op te slaan heb je 2 tanks nodig ter grootte van een LPG-tank. Het hele systeem weegt een stuk minder dan de accu van een elektrische wagen, maar het neemt meer plaats in.

Rijden er in ons land al waterstofauto’s rond? Je ziet ze alleszins weinig in het straatbeeld.

Ja, het precieze aantal ken ik niet, maar het is voorlopig nog een niche-product. Wat personenauto’s betreft zijn er voorlopig maar twee modellen beschikbaar op de Belgische markt: de Toyota Mirai en

de Hyundai Nexo. Maar achter de schermen zijn heel wat constructeurs bezig met de ontwikkeling van FECV’s. BMW komt met een H2-auto. Mercedes heeft onlangs een aantal H2-modellen aan het Europese Parlement geleverd om te proefrijden. Intussen heeft Renault aangekondigd een Master op waterstof op de markt te brengen. Land Rover spreekt van een prototype van een H2-Defender en de Stellantis-groep spreekt over kleine bedrijfsvoertuigen. In een aantal steden maken de openbare vervoermaatschappijen ook al gebruik van bussen op waterstof. Het is misschien nog iets te vroeg voor de grote doorbraak, maar er kan veel veranderen op enkele jaren tijd.

Misschien heeft waterstof bij het grote publiek ook wel een imagoprobleem inzake veiligheid, want het is toch wel een heel ontvlambaar product. Sommige mensen spreken zelfs van een rijdende bom?

Tja, dat zijn zo van die fabeltjes. Ik denk dat dat deels komt door onwetendheid, deels door een zekere initiële weerstand die er bij mensen altijd wel leeft bij de introductie van een nieuwe technologie. Waterstof is erg ontvlambaar en heeft inderdaad weinig energie nodig om te ontbranden.

De waterstoftanks zijn gemaakt uit speciaal carbon dat een druk van 700 bar kan weerstaan. Bovendien worden de tanks aan heel speciale testen onderworpen. Er wordt zelfs op geschoten. Bij wagens zitten de tanks ook steevast tussen de achterwielen van de wagen, zowat de veiligste plek bij een crash. En ze moeten ook alle NCAP-testen doorlopen. Dat is niet anders dan bij benzine- of dieselwagens. Heel het systeem is ook voorzien van veiligheden en lekdetectiesystemen. Qua veiligheid hoeft een waterstofauto echt niet onder te doen, integendeel.

Is de toename van elektrische auto's een teken aan de wand dat het pleit in het voordeel van de elektrificatie beslecht is? Dreigt de waterstoftechnologie niet aan een stille dood ten onder te gaan?

Dat denk ik niet. We zullen beide technologieën nodig hebben om de klimaatdoelstellingen op het vlak van transport te halen. Ik zie ze veeleer naast elkaar bestaan. De EU en andere overheden leggen normen op rond CO2-uitstoot en klimaat, maar zij spreken zich niet uit over de technologie.

Het is geen of-of-verhaal. Ik denk dat beide technologieën, FCEV en BEV, zich verder zullen ontwikkelen en dat ze beiden hun plaats hebben in het verhaal, maar dan eerder in functie van het soort vervoer. Waterstof zal ongetwijfeld een belangrijke rol spelen. Zeker bij vrachtvervoer, dat voorlopig alleen maar op diesel rijdt en veel CO2 uitstoot, kan waterstof een belangrijke rol spelen. Vrachtwagens hebben immers genoeg ruimte voor waterstoftanks. Zij hebben vaak een gewichtslimiet en daar zijn zware accu’s in het nadeel. Maar ook voor lange verplaatsingen met personenwagens is waterstof in het voordeel door de snelle manier van tanken langs de weg en de grotere actieradius. De elektrische auto is eerder voor stadsverkeer en kortere verplaatsingen. Experts wijzen er ook op dat je het ruimer moet zien en dat waterstof een plaats heeft in andere sectoren of zelfs lucht- en zeevervoer. Waterstof is immers lichter dan kerosine, waardoor het een evident voordeel in zich draagt.

De waterstofbevoorrading is weliswaar nog een probleem. In België zijn er momenteel 3 waterstofstations en is er een vierde in aanbouw. Ter vergelijking, Nederland telt 7 H2-stations en 3 in aanbouw, en Duitsland heeft er 91 en 17 in aanbouw. En een FCEV is voorlopig nog heel duur. Maar vergeet niet dat elke technologie een moeizame start kent en vaak wat groeipijnen moet doorlopen. Het is hier niet anders.

In welke mate neemt het bedrijfsleven het voortouw om deze waterstoftechnologie verder te ontwikkelen?

We zien intussen dat grote industriële spelers, zoals Ineos, zwaar investeren in groene waterstofproductie, wat zonder meer positief is. Ook vanuit de overheid zijn er tal van initiatieven. Bovendien heeft ons land ondergronds zowat het grootste waterstofnetwerk ter wereld. Dat is een megatroef voor de latere uitbouw van H2-tankstations voor voertuigen allerhande. Er zijn ook bedrijven die volop investeren in tankstations voor waterstof op hun bedrijfsterreinen. Allemaal ontwikkelingen die bewijzen dat waterstof een cruciale rol gaat spelen in de energietransitie. En voertuigen op waterstof zullen daar een belangrijk onderdeel van zijn.

We durven aan te nemen dat de verdere ontwikkeling van de H2-technologie in heel wat sectoren vrij disruptieve effecten zal hebben?

De impact op bijvoorbeeld de aftersales en het onderhoud zal enorm zijn, en dan heb ik het enkel nog maar over personenwagens. Denk maar aan de wetgeving en normen, maar ook de infrastructuur. Bij EDUCAM hebben we de voorbije jaren geïnvesteerd in de bouw van speciale waterstofateliers in Lokeren en Luik. Daar komt heel wat bij kijken qua logistiek en veiligheid. De werkprocedures zijn ook helemaal anders, niet alleen op het vlak van veiligheid voor de medewerkers maar ook de techniek zelf. Dat vergt een hele set bijkomende vaardigheden voor iedereen die aan een waterstofvoertuig zal werken, en bijgevolg ook investeringen in trainingen, opleiding en certificering. EDUCAM zal hierover in de toekomst ongetwijfeld nog communiceren.