Open menu

Hoe kan je waterstof opslaan?

Waterstof is een van de kleinste deeltjes die er zijn en gaat door alles heen. Je hebt dagelijks verliezen.Het verdampingsverlies is 0,4 - 4 % per dag.

In onze gasleidingen is een druk tot 70 bar nodig. In voertuigen 350 tot zelfs 700 bar. Ter vergelijking: in de band van je fiets gaat zo’n 4 bar.
In een nieuw systeem van NEWS (Stork Henglo) maken en compresseren ze waterstof in één machine die het water dat het systeem ingaat comprimeent, in plaats van het gas dat er nadien uitkomt. (2023)

Je kan waterstof samenpersen en opslaan of opslaan in materialen.

opslagh2

De opslag na samenpersing neemt nog veel ruimte in. 140 liter in je auto. Eigenlijk zou je de waterstof vloeibaar willen maken maar dan moet je het afkoelen tot 253 graden onder nul en brengen onder 700 bar. Dat kost weer energie. Dat kost 30 % van de energie-inhoud. 

iBundle perst waterstof tot 1.000 bar. Een vrachtwagen kan op deze manier wel 1.600 kilo waterstof meenemen in plaats van de gebruikelijke 600 kilogram.

Daarvoor moeten speciale schepen gebouwd worden en ook zijn er speciale tanks in de havens van vertrek en aankomst nodig. Om het dan bij de bedrijven te krijgen zijn er of hele goede leidingen nodig of enorm veel vrachtwagens met speciale tanks. Als er daarna weer elektriciteit van gemaakt zou moeten worden gaat er nog eens 30 % energie verloren.

Dus waterstof neemt in gasvorm veel ruimte in. Opslaan onder druk kan gevaarlijk zijn, en opslaan onder lage temperaturen kost veel energie.

waterstofopsla

Japan maakt een 346-meter lange tanker voor 160.000 kubieke meter vloeibaar waterstof van -253 graden Celsius. In deze zogeheten cryogene toestand neemt waterstof achthonderd keer minder ruimte in dan in gasvorm. Daarom wordt het nieuwe schip uitgerust met vacuüm gezogen, geïsoleerde en dubbelwandige leidingen, om de waterstof veilig over te kunnen hevelen van opslagfaciliteiten aan land naar de opslagtanks op het schip.

waterstofschip

Vloeibaar ammoniak.

De meeste landen die export overwegen zijn dan ook bezig om dat te gaan doen via omzetting van waterstof naar ammoniak. Bij die omzetting van waterstof naar ammoniak en weer terug gaat ook 25% energie verloren maar ammoniak laat zich bij matige druk en temperatuur veel gemakkelijker als vloeistof transporteren. De technologie daarvoor bestaat al lang en wordt ook al op grote schaal toegepast. Toch betekent het transport een flinke extra investering in complexe techniek en een flink verlies van energie in de keten.

Het wordt serieus overwogen om de overmaat zonne-energie in Australië via ammoniak naar Japan te brengen. Ammoniak kan in vrachtauto’s, treinen, vliegtuigen en schepen via brandstofcellen weer omgezet worden in elektriciteit. Ammoniak is te vervoeren bij een temperatuur van min 33 graden Celsius.

Amogy wil ammoniak inzetten bij landbouwvoertuigen. Het spul is namelijk ruim beschikbaar omdat het ook nodig is voor de productie van kunstmest maar de productie van ammoniak voor kunstmest kost schrikbarend veel energie. Er is waterstof voor nodig, die wordt gemaakt met aardgas. Het maakt kunstmestbedrijven zoals Yara tot de grootste vervuilers op aarde.

Het voordeel is dat ammoniak vloeibaar is bij kamertemperatuur. Je kunt het dus makkelijk tanken, veilig in een standaard tank laten zitten en er zijn geen speciale tankinstallaties voor nodig. Voor waterstof, dat een extreem vluchtig gas is bij kamertemperatuur, moet je meer moeite doen.

De waterstof die Nederland en Europa nodig heeft kan voor een aanzienlijk deel geïmporteerd kan worden via de haven van Rotterdam. Ammoniak is één van de meest efficiënte manieren om waterstof te transporteren en daarom wordt één centrale ammoniakkraker gerealiseerd die de import van een miljoen ton waterstof per jaar mogelijk maakt”

Ammoniak weer omzetten in waterstof (2022)

Om dat te doen waren hoge temperaturen nodig. Nu heeft men een photokalaysator ontwikkeld op basis van (goedkoop) ijzer en hele sterke LED-lampen zodat de waterstof los komt van de stikstof. 

Poeder (2022)

De Australische Deakin University ontdekte dat je waterstofpoeder kunt maken met stalen ballen. Je vult een vat met een poeder (boornitride), stalen ballen en een gas. Vervolgens laat je het vat rustig tuimelen. De druk van de stalen ballen op het gas en het poeder zorgt ervoor dat het gas na lang draaien ín het poeder zit. Als je het poeder verhit komt het gas weer vrij en kun je het gebruiken. De techniek kost veel tijd; je moet het vat uren laten tuimelen voor je noemenswaardige hoeveelheden waterstof hebt opgeslagen. 

Electriq Global en Zenith Energy bouwen ’s werelds eerste waterstofpoederfabriek in de Amsterdamse haven. Waterstof in poedervorm is makkelijker te vervoeren en veilig te gebruiken. Het is poeder van KBO2, een product gebaseerd op kalium, dat in water weer de waterstof afgeeft.(2023)

In plantaardige olie

Je kan waterstof verpakken in plantaardige olie, die vier keer zoveel waterstof kan opslaan. Andere voordelen: de vloeistof is niet brandbaar en transport hoeft niet in dure cilinders, maar kan met tankwagens of schepen.

Natriumboorhydride

De Nederlandse uitvinder Gerard Lugtigheid slaagde erin waterstof te binden aan natriumboorhydride en vervolgens 98% van de theoretisch aanwezige waterstof (en warmte) weer vrij te laten komen. Daarbij heb je wel water nodig zonder ionen. Het wordt in korrelvorm naar het tankstation getransporteerd. Een machine aldaar maakt uit kraanwater ultrapuur water. 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.

Een vrachtwagen met slechts 350 liter natriumboorhydride kan op en neer naar Barcelona zonder te tanken. Ook zou H2Fuel de oplossing kunnen zijn 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. 

Maar als je straks gaat tanken moet je de restproducten achterlaten. 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 dat is nog maar de vraag.

In 2023 zal het nieuwe directieschip Neo Orbis in de vaart genomen worden met een op waterstofpoeder draaiende emissieloze aandrijving. Amsterdam test daarmee als eerste wereldwijd het in Nederland ontwikkelde H2Fuel-systeem, waarvoor poedervormige natriumboorhydride (NaBH4) als waterstofdrager wordt gebruikt.

Tolueen (2021)

Je kan ook van tolueen met waterstof methylcyclehexane of MCH maken. Hierbij binden ze de waterstof direct aan een tolueen-molecuul. Het MCH dat zo ontstaat kan vervolgens op locatie - bijvoorbeeld bij een waterstoftankstation of een industriële installatie - omgevormd worden in waterstof en tolueen.

MCH is vloeibaar bij kamertemperatuur, net als olie. Daardoor kun je het veel makkelijk transporteren met olietankers, vrachtwagens of pijpleidingen dan waterstofgas. Dat neemt namelijk veel ruimte in, en om het compact te vervoeren moet je hogedruktanks gebruiken (die gevaarlijk kunnen zijn) of het waterstof koelen tot -253 graden Celcius, een proces dat veel energie kost.

In combinatie met het goedkopere transport, moet groene waterstof uiteindelijk tweederde goedkoper maken dan het nu is. Groene waterstof moet dan 3 dollar per kilo gaan kosten.

Magnesium

Magnesium kan 10 maal meer energie opslaan dan waterstof. Er zit genoeg magnesium in zeewater voor 300.000 jaar maar het zuiveren kost misschien wel meer energie dan dat je er uit krijgt. Misschien dat het zuiveren kan met een laser. Anderen zijn bezig met een brandstofcel of batterijen op magnesium.

Mierenzuur

De waterstof kan komen van water maar ook van mierenzuur. Dit heeft een hoge energiedichtgheid en is makkelijk te tanken. Het is te gebruiken in generatoren. Die zijn ook nog eens geluidsarm.  Bij windmolens koppel je CO2 en H2 tot HCCOH (mierenzuur of hydrazine). Dat kost energie en haalt CO2 uit de lucht. De energie komt weer vrij (in een brandstofcel) als je er weer CO2 en H2 van maakt. Want waterstof is een licht ontvlambaar en explosief gas, dat moet worden opgeslagen in kostbare tanks die hoge druk aankunnen. Door mierenzuur te gebruiken voorkom je dit. Hydrozine is veiliger, goedkoper en gemakkelijker toepasbaar dan waterstof.
Zie team fast www.teamfast.nl In 2018 is team fast van de TU Eindhoven gestart met het proefdraaienmet de eerste generator.

hydrozine

Methanol

e methanol2

De methanol kan zonder (grote) aanpassingen in de verbrandingsmotor. In 2023 vaart het eerste grote schip van Maersk er op.(2021)

Ijzerpoeder

Om van ijzerpoeder energie te maken wordt het gemengd met lucht en aangestoken in een verbrandingskamer. Hierbij komt geen CO2 vrij. De warmte die van de vlam ontstaat kan electriciteit opwekken. Na de verbanding blijft er roestpoeder over, dat met waterstof weer kan worden omgezet in ijzerpoeder. 
Bavaria gaat er een proeffabriek mee starten in 2020.

Opslag als gas

In het Friese Oosterwolde wordt groen opgewekte elektriciteit vanaf de eerste helft van 2021 direct omgezet in groene waterstof. Tijdens de pilot wordt onderzocht of dit in de toekomst in meer gebieden gedaan kan worden, om het elektriciteitsnet te ontlasten op momenten van overbelasting.

Waterstofproductie kan wellicht een rol spelen in het ontlasten van het elektriciteitsnet. Op momenten dat het aanbod van groene elektriciteit hoog is, kan een deel ervan direct omgezet worden in waterstof. Op deze manier gaat de elektriciteit niet verloren en raakt het elektriciteitsnet niet overbelast.

waterstofolie

Waterstofolie

‘waterstofolie’, door de brandstof op te slaan in speciale olie. Hierdoor is waterstof bij kamertemperatuur vloeibaar en lijkt het een beetje op diesel. De waterstof moet voor gebruik uit de olie gehaald worden, met behulp van warmte en druk. Dit proces kost energie, maar de olie die na het scheiden overblijft is herbruikbaar; er hoeft dus niet constant nieuwe olie gemaakt te worden, waardoor dit proces milieuvriendelijker is dan het gebruik van fossiele brandstoffen.

Waterstofolie bestaat onder andere uit benzeenringen. Die kraak je open, met behulp van een katalysator, druk en warmte. Dan kan waterstof zich aan de open ringen binden. Om de waterstof er vervolgens uit te halen heb je weer druk en warmte nodig. Welke olie we gebruiken is ons bedrijfsgeheim. Het is een zoektocht naar de juiste combinatie van druk, temperatuur en een katalysator die niet te exotisch is. Dat heeft de partij uit China waar wij mee samenwerken uitgevogeld. 

Je hebt inderdaad veel energie nodig; als je daar de waterstof voor gebruikt, verlies je 15 tot 20 procent. Maar bij het binden van waterstof aan olie komt juist warmte vrij, en dat kan je op een centrale plek doen zodat je de restwarmte kan gebruiken. Maar hoeveel je precies verliest ligt aan de methode. Verbrand je de waterstof in een motor, zoals diesel, dan kan je de restwarmte daarvan gebruiken voor het proces. Gebruik je een brandstofcel, dan moet je dus waterstof opofferen.

Waterstofpasta

(2021) Powerpaste brandstof voor scooters, zeggen Duitse onderzoekers. Een pasta waarin waterstof vielig kan worden aangevuld, vervoerd en opgeslagen

Powerpast.

Om de pasta te maken wordt magnesiumpoeder gecombineerd met waterstof, een proces dat gebeurt bij 350 graden Celsius en vijf tot zes keer atmosferische druk. Daar wordt metaalzout en ester aan toegevoegd, waardoor het verandert in de ‘powerpasta’. De pasta kan in een soort cartridge in een scooter worden geplaatst, en als de brandstof nodig is wordt de pasta eruit gezogen en wordt er water uit de tank aan toegevoegd. Die reactie zorgt voor waterstofgas en die kan vervolgens in een brandstofcel worden omgezet in elektriciteit.

Zand en water (2022)

Het bedrijf EPRO Advance Technology (EAT) gebruikt silicium om waterstofgas te binden. Of, preciezer: om een poeder te maken dat waterstof maakt van water. Je stopt het siliciumpoeder (een belangrijk bestanddeel van zand) in water en het begint te reageren met de watermoleculen. Zo ontstaat waterstofgas en siliciumdioxide, het materiaal waar kwarts uit bestaat.Si+ weegt 7 keer meer dan de hoeveelheid waterstof die het oplevert. Hoewel transport dus makkelijker is, is het niet per se veel goedkoper. Je moet immers veel meer Si+ vervoeren.