Hoe gaan we ons in de toekomst verplaatsen? Wat zou er kunnen gebeuren met ruwe olie en aardgas? Een optie bestaat al. Het heeft drie keer de energiedichtheid van benzine. Het is in enorme hoeveelheden verkrijgbaar, er zit zelfs zo'n 7 kilo in ieder van ons en het heeft een lage impact op het milieu; Waterstof kan de ideale partner zijn voor een groenere toekomst. Vandaag de dag drijft waterstof de samenleving al en heeft het de potentie om een veel groenere toekomst vorm te geven.
De EU en de G8-landen hebben afgesproken dat de toekomst een strenger klimaatbeleid vereist en hebben toegezegd tegen 2 co2050-uitstoot te hebben. In deze periode zal het aantal personenauto's wereldwijd meer dan verdubbelen tot 2.5 miljard, dus de vraag naar energie blijft stijgen terwijl fossiele brandstoffen afnemen. De wereld kan niet gewoon doorgaan zoals voorheen.
Waterstof is een schone brandstofbron en verbrandt zonder broeikasgassen en andere schadelijke uitlaatgassen te produceren. Een duurzame oplossing voor klimaatverandering is om de koolstof uit brandstoffen en drijfgassen te halen, waardoor de broeikasgassen die vrijkomen bij verbranding worden verminderd. Waterstof als brandstofbron is een uitstekende oplossing. Het kan elektrochemisch tot in de brandstofcel worden omgezet in stroom, wat op zijn beurt resulteert in een absoluut CO2-vrij transport.
Waterstof en zijn alomtegenwoordigheid.
Waterstof werd voor het eerst ontdekt in 1766 door een Britse wetenschapper genaamd Henery Cavendish. Door puur toeval ontdekte hij dat water bestaat uit waterstof en zuurstof. waterstof komt van het Latijnse Hydrogenium, wat letterlijk water maken betekent. Het is het eerste element in het periodiek systeem en niet voor niets. Geen enkel ander element is lichter dan waterstof en geen enkel ander element is overvloediger [in het universum. Waterstof is pure energie. Misschien wel het beste voorbeeld is de zon, waarvan 92.1% waterstof is. Hier op aarde zijn de kansen een beetje anders, aangezien waterstof alleen chemisch gebonden in moleculen overheerst, en om zuivere waterstof te produceren moet men de waterstof uit het betreffende molecuul halen. Een manier om dit te doen is met elektrolyse, waarbij elektriciteit wordt gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof, maar daar is veel energie voor nodig.
Dankzij stoomreforming is er echter betaalbare waterstof op de markt. Hre stoom wordt geïntroduceerd in fossiele brandstoffen zoals aardgas en verwarmd tot 830 graden Celsius. Het mengsel wordt vervolgens door steeds fijnere filters geleid totdat alleen pure waterstof overblijft. Dit is momenteel een van de meest efficiënte manieren om waterstof op te wekken. Maar dit proces gebruikt nog steeds onze oude en beperkte fossiele brandstoffen. Wetenschappers kijken verder dan het gebruik van niet-hernieuwbare benaderingen, zoals het halen van kostbare waterstof uit water, het verminderen van de energie die nodig is om waterstof te genereren, zou een enorme doorbraak zijn, zoals het benutten van de kracht van de zon.
Waterstofbrandstoffen die de industrie transformeren.
Voorafgaand aan de ongekende uitbraak van COVID-19 was Japan helemaal klaar om een innovatief voorbeeld van duurzaamheid voor de hele wereld te brengen door de Olympische fakkel van Tokio te ontsteken tijdens de Relais evenement en ceremoniële verlichting van de Olympische ketel met behulp van waterstofbrandstof. Er zijn veel toepassingen buiten sportevenementen die openstaan voor deze schone, koolstofvrije energiebron.
Automotive toepassingen
Een van de meest veelbelovende toepassingen van waterstofbrandstofcellen is in de auto-industrie. Een aantal grote spelers in de sector, waaronder BMW en Toyota, hebben al plannen onthuld om wagenparken van waterstofauto's te ontwikkelen, aangezien de brandstofbron een aanvullende, duurzame oplossing voor elektrische energie lijkt te bieden.
Elektrische voertuigen worden algemeen gezien als een cruciale manier om de emissies en luchtvervuiling door het wegvervoer te verminderen. Het versnellen van de opname van elektrische stroom kan echter het risico op het net verhogen, waardoor het van vitaal belang is dat voertuigen op het juiste moment van de dag worden opgeladen.
Brandstofcellen zouden een alternatief kunnen bieden. Omdat waterstofauto's zelf elektriciteit produceren, wordt het voertuig niet gevoed door een ingebouwde batterij die moet worden opgeladen via een externe stroombron. Net als andere e-auto's kunnen waterstofvoertuigen ook remenergie terugwinnen, omdat de elektromotoren kinetische energie weer omzetten in elektrische energie die in de back-upbatterij wordt ingevoerd.
Hyundai was het eerste autobedrijf dat in 2013 een in massa geproduceerde brandstofcel maakte en klaar was voor een actieradius van ongeveer 300 kilometer met een topsnelheid van 100 kilometer per uur. Japanse bedrijven zijn volop bezig met brandstofcellen voor gebruik in voertuigen (FCEV's). Soms gaat het om een fout, maar de kosten dalen naarmate de technologie randen richting massaproductie.
Waterstofbrandstofcellen kunnen zinvoller zijn voor zwaardere voertuigen die over langere afstanden reizen, zoals bussen, vrachtwagens en treinen. In 2016 waren er in de VS bijvoorbeeld 12000 vorkheftrucks met waterstofbrandstofcellen. Naast weg- en spoorvervoer rekent Airbus tegen 2030 op groene waterstof om zijn emissievrije vliegtuigen voort te stuwen.
Hoewel het idee om alles elektrisch te maken voor de meeste onderzoekers en wetenschappers overbodig lijkt, kan groene waterstof werken als een verlengsnoer voor hernieuwbare energie. En daar komt nog bij dat groene H2 kan worden opgeslagen, zodat het kan worden gebruikt om onderbrekingen van hernieuwbare energie te compenseren. Dit is logisch, want het geeft ons flexibiliteit en een veerkrachtiger netwerk in combinatie met hernieuwbare energiebronnen. Daarom kan deze schone brandstof strategisch zijn bij het opruimen van verschillende sectoren, zoals verwarming en andere toepassingen die afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen.
Draagbaarheid:
Hoewel slimme apparaten steeds geavanceerder worden, worden ze nog steeds beperkt door stroom. Technologie- en autobedrijven zijn zich maar al te bewust van de beperkingen van lithium-ionbatterijen en hoewel chips en besturingssystemen steeds efficiënter worden in het besparen van energie, kijken we nog steeds naar een batterijduur van slechts één of twee dagen.
H2-brandstofcellen kunnen elk draagbaar apparaat dat batterijen gebruikt van stroom voorzien. In tegenstelling tot een typische batterij, blijft de waterstofbrandstofcel energie produceren met de continue toevoer van brandstof. Met deze mogelijkheid kunnen ze een reeks apparaten van stroom voorzien, waaronder smartphones, laptops en hoortoestellen.
In de defensiesector heeft brandstofceltechnologie het potentieel om de vliegtijd van drones meer dan te verdrievoudigen of het gewicht van de batterijpakketten die door soldaten in het veld worden gedragen, te verminderen van ongeveer 15 kilogram tot slechts één of twee kilogram. Midden in een rampgebied kunnen deze voordelen een revolutie teweegbrengen in de manier waarop hulpdiensten en militairen op een situatie reageren.
Landen die op pole position staan in de H2-race
Australië is misschien wel 's werelds favoriete duurzame energie-go-to-place. Australië ontwikkelt een project van 5 gigawatt om groene waterstof te produceren voor export naar Aziatische landen. De mega-elektrolyzer wordt aangedreven door een combinatie van zonne- en windenergie en maakt gebruik van ontzilt water uit de oceaan.
Het VK is van plan om zijn offshore windenergie tegen 5 te gebruiken voor een 2030GW waterstofproductiecapaciteit.
Green H2 inspireert ook een visie voor futuristische steden. Net als het Saoedi-Arabische Neom, een stedelijk project van $ 500 miljard, waarvan de energievraag zal komen van hernieuwbare waterstof.
China is van plan om Wuhan vorm te geven als een waterstofstad, die tegen 100 tot 2025 tankstations zal hebben.
Het produceren van groene waterstof en het verminderen van de opwarming van de aarde kunnen twee kanten van dezelfde medaille zijn.
Zuid-Koreaanse onderzoekers hebben een katalysator ontwikkeld die is gemaakt van goedkope materialen zoals magnesium om de twee ergste broeikasgassen, co2 en ch4, om te zetten in waterstof. Hun klimaatvriendelijke proces wordt dry reforming genoemd.
Een andere goedkope maar efficiënte oplossing komt uit Japan. De Universiteit van Tokio maakte waterstof van licht, organisch afval en een katalysator van roest en produceerde met deze methode 25 keer meer dan de conventionele methoden.
De gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de planeet is sinds het einde van de 19e eeuw met bijna één graad Celsius gestegen, gedreven door een toename van de uitstoot van kooldioxide (CO2).
Het vinden van alternatieven voor koolstofintensieve brandstofbronnen is van cruciaal belang voor de toekomst van onze wereld, en ingenieurs moeten blijk geven van toewijding aan innovatie en probleemoplossing om de verschuiving te maken die zal leiden tot een meer duurzaam toekomst.
Mayank Vashisht | Technologiejournalist | ELE Times