Hernieuwbare energie levert steeds vaker meer op dan we op een bepaald moment kunnen verbruiken. Op zonnige of winderige dagen ontstaan er overschotten, terwijl er ’s avonds of in de winter een tekort ontstaat. Precies hier komt energieopslag met waterstof om de hoek kijken; deze wordt steeds minder gezien als een technologische curiositeit, maar steeds meer als een haalbaar onderdeel van het toekomstige energiesysteem.
Waterstof lost niet alle problemen op, maar biedt wel een oplossing voor één heel specifiek vraagstuk: hoe kunnen grote hoeveelheden energie voor langere tijd worden opgeslagen zonder dat deze onmiddellijk hoeft te worden gebruikt? Dit is een heel andere rol dan die van conventionele batterijen. Juist daarom komt dit onderwerp tegenwoordig zo vaak ter sprake in discussies over de energietransitie.
Wat is energieopslag met waterstof?
De opslag van waterstofenergie is gebaseerd op een eenvoudig principe: elektrische energie wordt omgezet in de chemische energie van waterstof en vervolgens, wanneer dat nodig is, weer terug in elektrische of thermische energie. Dit gebeurt meestal door middel van waterelektrolyse, waarbij een elektrische stroom H₂O-moleculen splitst in waterstof en zuurstof.
Het belangrijkste punt is dat waterstof steeds meer een energiedrager wordt, en niet langer alleen een brandstof. Het kan worden opgeslagen, vervoerd en gebruikt op een andere tijd en plaats dan waar de energie is geproduceerd. Daardoor is het energiesysteem niet langer uitsluitend afhankelijk van de huidige weersomstandigheden en de momentane vraag.
Waarom maakt waterstof op dit moment een comeback in de energiesector?
Waterstof is geen nieuwe ontdekking. De industrie maakt er al tientallen jaren gebruik van, voornamelijk als grondstof voor de chemische industrie. Het verschil is dat er tegenwoordig steeds vaker wordt gesproken over zogenaamde groene waterstof, dat wil zeggen waterstof die wordt geproduceerd met behulp van hernieuwbare energie, zonder uitstoot van kooldioxide.
Door de toename van hernieuwbare energiebronnen ligt het probleem niet langer bij de energieproductie zelf, maar bij het in evenwicht houden van het aanbod. Wind- en zonneparken wekken energie op met onregelmatige tussenpozen, en de elektriciteitsnetten zijn niet altijd in staat om deze energie op te nemen. Dankzij energieopslag op basis van waterstof kan overtollige energie worden omgezet in een bron die later kan worden gebruikt, zelfs na enkele weken.
Elektrolyse als een essentieel onderdeel van het gehele systeem
De kern van elk waterstofopslagsysteem wordt gevormd door de elektrolyse-installatie. Dit apparaat is bepalend voor de efficiëntie, de kosten en de flexibiliteit van de gehele oplossing. De meest voorkomende typen zijn alkalische en PEM-elektrolyse-installaties, die van elkaar verschillen in hun werking en in hoe ze reageren op variabele belasting.
Elektrolyse is geen volledig efficiënt proces. Een deel van de energie wordt altijd omgezet in warmte, en de efficiëntie van het gehele proces hangt af van de kwaliteit van de materialen, de temperatuur en de regelsystemen. Toch zijn elektrolyse-installaties steeds beter in staat om in verschillende modi te werken. Dit is van groot belang bij gebruik in combinatie met hernieuwbare energiebronnen.
Waterstofopslag – gas, vloeistof of chemische verbinding
De waterstof zelf moet nog steeds ergens worden opgeslagen. De eenvoudigste methode is om het gas onder hoge druk op te slaan, maar dit brengt kosten en veiligheidseisen met zich mee. Een alternatief is om de waterstof vloeibaar te maken, waardoor het volume afneemt, maar hiervoor zijn zeer lage temperaturen nodig.
Steeds meer onderzoeken richten zich ook op de opslag van waterstof in vaste stoffen of chemische verbindingen, waarbij waterstof op een gecontroleerde manier wordt gebonden en vrijgegeven. Deze oplossingen bevinden zich nog in de ontwikkelingsfase, maar laten zien dat de opslag van waterstofenergie niet beperkt hoeft te blijven tot één enkele technologische benadering.
Energieterugwinning en daadwerkelijke systeemefficiëntie
Wanneer er energie nodig is, kan waterstof worden gebruikt in brandstofcellen of gasturbines. Brandstofcellen bieden een hoog rendement en een stille werking, maar ze zijn duur en gevoelig voor de brandstofkwaliteit. Turbines zijn minder efficiënt, maar ze laten zich gemakkelijker integreren in de bestaande energie-infrastructuur.
Er moet duidelijk worden gemaakt dat het totale rendement van de elektriciteit-waterstof-elektriciteitscyclus lager is dan dat van batterijen. Waterstofopslag kan op korte termijn niet concurreren met batterijen. Het voordeel ervan komt pas echt tot uiting wanneer het gaat om het opslaan van energie voor lange tijd en op grote schaal.
Waar is de opslag van waterstofenergie tegenwoordig het meest zinvol?
Het grootste potentieel van waterstof ligt in systemen waarbij het energieverbruik per seizoen in evenwicht moet worden gehouden. In de zomer produceren we een overschot aan energie via zonnepanelen; in de winter hebben we meer energie nodig. Accu’s bieden geen kosteneffectieve oplossing voor dit probleem, terwijl waterstof een haalbaar alternatief biedt.
Het tweede gebied betreft grootschalige industriële installaties en installaties op netniveau, waar waterstof als energiebuffer kan dienen. Ook wordt er steeds vaker gesproken over het gebruik ervan in de zware industrie en het vervoer, wat de argumenten voor de aanleg van waterstofinfrastructuur nog verder versterkt.
Technologische uitdagingen en de grenzen van de winstgevendheid
De opslag van waterstof blijft duur en complex. Elektrolyse-installaties, opslagfaciliteiten en veiligheidssystemen vergen aanzienlijke kapitaalinvesteringen. Bovendien gaan er in elke fase van het proces energieverliezen gepaard.
Aan de andere kant dalen de kosten van de technologie geleidelijk, terwijl de druk om de uitstoot te verminderen toeneemt. Waterstof is geen pasklare oplossing, maar het wordt wel een belangrijk onderdeel van een grotere puzzel waarin verschillende technologieën elkaar aanvullen in plaats van met elkaar te concurreren.
Samenvatting
Waterstofopslag is geen wondermiddel voor alle problemen in de energiesector, maar biedt wel een oplossing voor uitdagingen waar andere technologieën moeite mee hebben. Het maakt energieopslag op lange termijn mogelijk, evenals de integratie van hernieuwbare energiebronnen en een grotere flexibiliteit in het energiesysteem.
Als de energietransitie op nationaal niveau moet slagen, zijn er instrumenten nodig om het energieaanbod in tijd en ruimte in evenwicht te brengen. Waterstof bewijst steeds vaker dat het zo’n instrument kan zijn, mits het verstandig wordt ingezet en het potentieel en de beperkingen ervan realistisch worden ingeschat.
