De weg naar groene waterstof

Het potentieel van waterstof als schone brandstofbron is enorm.

Wanneer waterstof in een brandstofcel wordt verbrand, is het belangrijkste bijproduct dat wordt geproduceerd immers waterdamp. In voldoende hoeveelheden kan waterstofbrandstof het elektriciteitsnet van stroom voorzien dat uw lichten aan houdt, de gebouwen waarin u werkt en winkelt verwarmen, de CO2-afdruk van uw voertuigen drastisch verminderen en zijn rol blijven spelen als belangrijke grondstof in sectoren zoals chemische, petrochemische en staalproductie waar we allemaal op vertrouwen.

Dus u vraagt zich misschien af: Waarom vervangen we fossiele brandstoffen niet overal door waterstof?

Waterstof zelf is een schoonbrandende, CO2-vrije brandstofbron. Maar het wordt meestal geproduceerd met behulp van koolstofdichte brandstoffen zoals aardgas en steenkool, hetzij rechtstreeks, hetzij als de energiebron die wordt gebruikt om de zeer grote hoeveelheden elektriciteit op te wekken die worden verbruikt bij schone productiemethoden.

Volgens het World Economic Forum is de afgelopen jaren ongeveer 6% van het wereldwijde aardgas en 2% van de wereldwijde kolen naar waterstofproductie gegaan. De resulterende CO₂-uitstoot bedraagt ongeveer 830 miljoen ton CO2 per jaar, wat overeenkomt met de gecombineerde CO₂-uitstoot van het Verenigd Koninkrijk en Indonesië, volgens hetzelfde rapport van het World Economic Forum.

De meest voorkomende huidige methoden van waterstofproductie zijn niet ontworpen met innovatie en aspecten van duurzaamheid in gedachten. Groene waterstof daarentegen wel.

Wat is groene waterstof?

Om als "groen" te worden beschouwd, moet waterstof worden geproduceerd met behulp van niet alleen een CO2-vrij proces, maar ook een proces dat wordt aangedreven door hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zonne-energie. 

Hoe produceert u groene waterstof?

De schoonste methode van waterstofproductie is elektrolyse, waarbij een elektrisch aangedreven elektrolyzer wordt gebruikt om watermoleculen (H₂O) te scheiden in waterstof en zuurstof. Bovendien bepaalt de zuiverheid van waterstof de rol die het kan spelen binnen de waterstofeconomie. Onzuiverheden moeten dus uit de waterstof worden verwijderd via een scheidingsproces.

In een natuurkundeles hebt u dit proces misschien zien plaatsvinden in een kleinschalige elektrolyzer, gemaakt van een beker vol water, een paar metalen strips of draden aangesloten op een accu, en twee reageerbuizen om de gescheiden waterstof en zuurstof op te vangen.

Op industriële schaal resulteert het simpelweg kiezen van hernieuwbare energie om elektrolyzers aan te drijven in een groen waterstofproductieproces.

Wat zijn de toepassingen van groene waterstof?

Groene waterstof kan worden gebruikt in elke toepassing die afhankelijk is van waterstof die wordt geproduceerd met traditionele, CO2-intensieve methoden. Dat betekent dat het veel industrieën en processen kan helpen om CO2-neutraliteit te bereiken, waaronder:

• Stroomopwekking
• Transport
• Farmaceutische productie
• Glaszuivering
• Raffinage van aardolie
• Productie van halfgeleiders

Wat zijn de uitdagingen voor de productie van groene waterstof?

Ondanks al zijn voordelen zijn er een paar obstakels te overwinnen op weg naar wijdverbreid, economisch haalbaar gebruik van groene waterstof. Hier zijn enkele van de uitdagingen:

Elektrolyse is een zeer energie-intensief proces.

Totdat er algemeen beschikbare, betrouwbare en economische bronnen van schone stroom zijn, blijven de kosten van het produceren van groene waterstof op schaal onbetaalbaar.

Elektrolyse is waterintensief.

Er is een aanzienlijke watertoevoer nodig die voldoet aan bepaalde zuiverheidsstandaarden, die geografische beperkingen kunnen opleggen aan de locatie van groene waterstofproductiefaciliteiten.

De infrastructuur moet worden gebouwd.

Hoewel we een robuuste aardgasinfrastructuur hebben, kan deze niet gemakkelijk worden herbestemd voor de vervoerssector. Waterstof heeft de neiging staal bros en breukgevoelig te maken, waardoor er waarschijnlijk speciale pijpleidingen nodig zijn.

Wat is de verwachte impact van groene waterstof op de wereldwijde energietransitie?

Volgens de Global Hydrogen Review 2022 van het International Energy Agency bedroeg de totale waterstofvraag wereldwijd in 2021 94 miljoen ton en zal naar schatting in 2030 115 - 130 miljoen ton bereiken. Voldoen aan toekomstige eisen met bestaande methoden van waterstofproductie is, hoewel haalbaar, geen duurzame oplossing.

Groene waterstof zal cruciaal zijn voor de wereldwijde energietransitie, vooral voor energiebronnen die:

• Voertuigen en vliegtuigen aandrijven
• Huizen en kantoren verwarmen
• Elektriciteit opwekken
• Industriële processen CO2-vrij maken

Wat wordt er gedaan om de productie van groene waterstof te versnellen?

Te midden van de wereldwijde inspanning om over te stappen naar een minder CO2-intensieve toekomst, hebben onze ingenieurs nieuwe katalysatorgecoate membraantechnologie (catalyst-coated membrane, CCM) ontwikkeld voor de productie van groene waterstof die kan helpen de productiekosten te verlagen door betere elektrolyzer-prestaties mogelijk te maken. Deze katalysatorgecoate membranen worden momenteel getest met elektrolyzer-fabrikanten, waar ze een hogere efficiëntie van de elektrolyzer en een hogere elektrische stroomdichtheid mogelijk maken met behulp van baanbrekende technologie. 

Naast de ontwikkelingen op het gebied van CCM werkt onze waterstofzuiveringstechnologie onder hoge druk uit waterstofhoudende processtromen om sporen van verontreinigingen zoals zuurstof, water en stikstof te verwijderen. Hierdoor kan waterstof worden teruggewonnen en geüpgraded naar meer dan 99,9% zuiverheid om aan de raffinagebehoeften te voldoen.

Honeywell werkt ook aan een groene waterstoftoekomst door een recente investering in Electric Hydrogen, een bedrijf dat een nieuwe generatie elektrolyzer-technologieën met hoge doorvoer ontwikkelt. Onze samenwerking met Electric Hydrogen zal ons begrip van de elektrolyzer-industrie verbeteren en zijn toekomstige behoeften ondersteunen met innovaties zoals katalysatorgecoate membranen.

Om de overgang naar een groene waterstofeconomie te versnellen, hebben de Verenigde Staten onlangs de Inflation Reduction Act van 2022 aangenomen, die een reeks stimulansen omvat die gericht zijn op het ondersteunen van infrastructuur voor alternatieve brandstoffen, regionale schone waterstofhubs en meer.

Naast overheidsinstanties over de hele wereld en andere bedrijven in de particuliere sector, zijn we gericht op het overwinnen van de uitdagingen van de productie en het transport van groene waterstof op weg naar een op waterstof gebaseerde economie. Kom meer te weten over wat Honeywell doet om onze weg naar de toekomst van groene waterstof te verkorten.