Helpie FAQ – Group Sample

Waterstof is een schone, breed toepasbare energiedrager die heel goed duurzaam geproduceerd kan worden. Waterstof kan op vele wijzen gemaakt worden, uit verschillende energiebronnen. Om dat kort te duiden worden er kleuren aan gegeven. De belangrijkste drie zijn ‘grijs, ’blauw’ en ‘groen’. Maar soms wordt er ook over ‘bruin’, ‘paars’, ‘geel’ of ‘oranje’ gesproken. Hier lichten we enkel de betekenis van de eerste drie kleuren toe.

Waterstof schoon alternatief

Bij gebruik veroorzaakt waterstof geen enkele vervuiling: geen broeikasgas, geen fijnstof of een andere vervuiling. Het is daarmee een schoon alternatief voor fossiele energie, bijvoorbeeld ter verwarming van huizen, voor industriële processen of voor het rijden van auto’s of treinen.

Van grijze waterstof…

Waterstof komt van nature niet voor en moet wel eerst gemaakt worden uit andere energievormen, bijvoorbeeld uit biomassa of uit aardgas. Bij deze productie ontstaat naast waterstof ook CO₂ en dan spreken we van grijze waterstof

…naar duurzaam waterstof

CO₂ kan afgevangen en opgeslagen worden. Dan spreken we van blauwe waterstof (zie hieronder). Wanneer waterstof met elektriciteit wordt gemaakt is het logisch te kiezen voor zonne- en windstroom (groene waterstof). Dan is de duurzame waterstof met oneindig beschikbare energie gemaakt.

Waterstof is het kleinste molecuul met een geringe energiedichtheid: driemaal minder energie per M³ dan aardgas.

Waterstof kan prima via gasleidingen getransporteerd worden en met beperkte aanpassingen ook door de bestaande aardgasleidingen. Dat is niet altijd een optie. Voor opslag of transport in een schip of met een vrachtwagen zijn er andere oplossingen nodig. Anders zou een vrachtwagen met waterstof vooral veel gas met nauwelijks energie vervoeren.

Transport waterstof onder druk

Waterstof kan met enorme druk gecomprimeerd worden. Kenmerkend aan de gasvormige opslag zijn de typische composieten hogedrukvaten (200, 350 of 700 bar). Nadeel is dat er door het comprimeren 6% energie verloren gaat door het gebruik van een compressor.

Transport vloeibare waterstof

Bij een temperatuur van −252,87°C is waterstof bij atmosferische druk vloeibaar. Het is dan 800 maal minder volumineus per eenheid gewicht. Waterstof kan dan worden opgeslagen in zeer goed geïsoleerde tanks, ook wel ‘dewars’ genaamd (genoemd naar Sir James Dewar). Vloeibare waterstof is interessant voor de opslag en transport, maar het afkoelen kost uiteraard veel energie.

Transport waterstof in chemische verbinding

Het is ook een optie om waterstof om te zetten in een andere moleculaire verbinding, zoals ammoniak (NH₃) of mierenzuur (CH₂O₂). Dit zijn zwaardere moleculen met meer waterstof per volume. Dan gaat transport makkelijker. Genoemde verbindingen zijn vloeibaar bij atmosferische druk. Het kost echter energie om de waterstof uit de verbindingen te halen.

Het is de bedoeling om waterstof uiteindelijk enkel uit hernieuwbare energie zoals zon en wind te maken, dus niet meer uit aardgas.

De Nederlandse totale jaarlijkse energievraag (primair) is ongeveer 3000 PJ. Het beleid is gericht op verduurzaming door eerst de CO₂ die bij productie vrijkomt af te vangen en door waterstof uit groene stroom te maken. De totale Nederlandse energievraag zal dalen door verbeterde efficiëntie, en zal richting 2050 ergens bij de 2500 PJ uitkomen.

Herkomst groene waterstof

Stel dat we in 2050 ongeveer 20% van de energievoorziening met groene waterstof willen maken, dan is dat 500 PJ, oftewel 140 TWh. Hiervoor is dan 30 GW aan wind op zee nodig. Bijna driemaal zoveel als er voor 2030 gepland is vanuit het Klimaatakkoord. Dat is erg veel.

Import van waterstof

De kans is dus groot dat Nederland ook veel waterstof zal importeren. Dat kan afkomstig zijn van zonrijke regio’s, waar groene waterstof uit zonnestroom goedkoper te maken is dan in onze regio met minder zonuren en zonkracht.

Waterstof bevat net als aardgas of benzine veel energie. En net als bij deze brandstoffen is het gebruik aan voorschriften onderhevig om de veiligheid te garanderen.

Waterstof niet gevaarlijker dan aardgas

Waterstof is daarmee niet gevaarlijker dan het gebruik van aardgas. Het heeft wel andere eigenschappen en het gebruik vereist dus aparte regels.

Waterstof ook wel knalgas

De verbranding kan fel verlopen, waterstof brandt 8x sneller dan aardgas (waterstof heet ook wel knalgas!). Het is dus een gas dat we niet zomaar kunnen gebruiken in een gastoestel dat voor normaal aardgas bedoeld is.

Kleurloze waterstofvlam

Waterstof brandt ook heel anders dan dat we gewend zijn. Het heeft een kleurloze vlam. Het is een schone verbranding die enkel waterdamp oplevert. De temperatuur van de vlam is hoger dan bij aardgas. Tegelijkertijd heeft een liter waterstofgas veel minder energie dan een liter aardgas.

Waterstof in industrie

Waterstof wordt al lang in de industrie gebruikt maar is voor vele energietoepassingen nog een relatief nieuw fenomeen en rond veiligheid moet nog veel uitgewerkt worden.

Waterstofauto gevaarlijk?

Bij waterstofauto’s is uiteraard veiligheid gewaarborgd. De tanks voor waterstof zijn zeer sterk en bestand tegen de impact van zeer zware crashes. De tank is vele malen sterker dan die van benzine, omdat die immers ook de hoge druk (tot 700 bar) van waterstof moet weerstaan.

Er wordt al heel veel waterstof in Nederland gebruikt: een hoeveelheid met een energiewaarde van wel 175 PJ (de totale primaire energievraag in ons land is ongeveer 3000 PJ). Het huidige gebruik is bijna geheel voor industriële productie, zoals raffinage van aardolie of kunstmest maken.

Waterstoftoepassingen

Auto’s kunnen op waterstof rijden, de industrie kan het gebruiken als energievorm en huizen kunnen er zelfs mee verwarmd worden. Dan gaat het bijvoorbeeld om een alternatief voor kolen in de metaalindustrie. Op dit moment zijn die energietoepassingen nog heel beperkt. Fossiele energie is nog de norm.

Rijden en verwarmen op waterstof

Er rijden een paar honderd voertuigen op waterstof en er worden enkele proefwijken mee verwarmd. Maar de verwachting is dat dit de komende jaren fors zal groeien.

Waterstof als energiedrager is wel duurder

De productie van waterstof kost zelf energie en vereist een proces met kostbare installaties. Dat maakt dat per definitie waterstof duurder is dan de energiedrager waar het uit voortkomt: aardgas of (groene) elektriciteit. De elektriciteitsprijs ligt per eenheid energie fors boven die van aardgas; daarmee is ook waterstof uit elektriciteit nu nog een stuk duurder.

Afvangen van CO2 broeikasgas

Bij aardgas heeft het pas zin op waterstof over te gaan indien het vrijkomende broeikasgas CO₂ wel afgevangen en opgeslagen wordt. Ook dat heeft een prijs. Kortom, de energierekening van huishoudens zou flink omhooggaan indien we nu alle huizen op waterstof gaan verwarmen en bij veel woningen meer dan bij de overstap op warmtepompen of duurzaam geproduceerde stadswarmte.

Waterstof breed toepasbaar

Toch is waterstof voor een groot deel van de huizen wel de goede oplossing. In bepaalde historische wijken of op het platteland is een warmtenet onmogelijk aan te leggen of is er geen duurzame warmtebron ter plekke. Elektrische warmtepompen hebben een beperkte capaciteit en vereisen een erg goed geïsoleerd huis. Dat is bij oude woningen vaak geen reële optie. In dat segment biedt hybride verwarming met elektrische waterpompen en waterstof voor de koude dagen de beste oplossing. Dan gebruik je de duurdere waterstof enkel voor de pieken in vraag, bijvoorbeeld op die paar zeer koude winterdagen.

Hydrogen is a clean, widely applicable energy carrier that can very well be produced sustainably. Hydrogen can be made in many ways, from various sources of energy.

Hydrogen clean alternative

When used, hydrogen does not cause any pollution: no greenhouse gas, no particulate matter, or any other pollutant. This makes it a clean alternative to fossil energy, for example for heating homes, for industrial processes or for driving cars or trains.

From gray hydrogen…

Hydrogen does not occur naturally and does have to be produced first from other forms of energy, for example from biomass or from natural gas. This production process creates CO2 in addition to hydrogen, in which case we speak of gray hydrogen.

…naar duurzaam waterstof

CO2 can be captured and stored. Then we speak of blue hydrogen (see below). When hydrogen is produced with electricity, it is logical to choose solar and wind power (green hydrogen). Then the sustainable hydrogen is made with infinitely available energy.

Hydrogen is the smallest molecule with low energy density: three times less energy per M3 than natural gas.

Hydrogen can be transported perfectly well through gas pipelines and, with limited modifications, also through existing natural gas pipelines. This is not always an option. Storage or transport in a ship or by truck requires other solutions. Otherwise, a truck carrying hydrogen would transport a lot of gas with hardly any energy.

Transporting hydrogen under pressure

Hydrogen can be compressed with enormous pressure. Typical of gaseous storage are the typical composite high-pressure vessels (200, 350 or 700 bar). The disadvantage is that 6% energy is lost through compression by using a compressor.

Transport of liquid hydrogen

At a temperature of -252.87°C, hydrogen is liquid at atmospheric pressure. It is then eight hundred times less voluminous per unit weight. Hydrogen can then be stored in very well-insulated tanks, also called “dewars” (named after Sir James Dewar). Liquid hydrogen is interesting for storage and transport, but cooling obviously takes a lot of energy.

Transport of hydrogen by converting it into a different chemical compound

Another option is to convert hydrogen into another molecular compound, such as ammonia (NH3) or formic acid (CH2O2). These are heavier molecules with more hydrogen per volume. Then transport is easier. Mentioned compounds are liquid at atmospheric pressure. However, it takes energy to extract the hydrogen from the compounds.

Hydrogen, like natural gas or gasoline, contains a lot of energy. And like these fuels, use is subject to regulations to ensure safety.

Hydrogen no more dangerous than natural gas

Hydrogen is therefore no more dangerous than the use of natural gas. It does have different properties and its use therefore requires separate rules.

Hydrogen also called ‘bang gas.’

Combustion can be fierce, as hydrogen burns eight times faster than natural gas (hydrogen is also called bang gas!). So, it is a gas that we cannot just use in a gas appliance intended for normal natural gas.

Colorless hydrogen flame

Hydrogen also burns very differently from what we are used to. It has a colorless flame. It is a clean burn that produces only water vapour. The temperature of the flame is higher than with natural gas. At the same time, a liter of hydrogen gas has much less energy than a liter of natural gas.

Hydrogen in industry

Hydrogen has long been used in industry but is still a new phenomenon for many energy applications and much still needs to be worked out surrounding safety.

Hydrogen car dangerous?

With hydrogen cars, of course, safety is assured. Hydrogen tanks are extraordinarily strong and can withstand the impact of very severe crashes. The hydrogen tank is many times stronger than that of gasoline, as it also must withstand the high pressure (up to 700 bar) of hydrogen.

Eventually, the intention is to make hydrogen only from renewable energy such as solar and wind, and no longer from natural gas.

The Dutch total annual energy demand is about 3,000 PJ. Policy is aimed at increasing sustainability by first capturing the CO2 released during production and by making hydrogen from green electricity. Total Dutch energy demand will decrease due to improved efficiency and will reach somewhere around 2500 PJ by 2050.

Origin of green hydrogen

Suppose we want to produce about 20% of the energy supply with green hydrogen in 2050, that would be 500 PJ, or 140 TWh. This would require 30 GW of offshore wind. Almost three times as much as is planned for 2030 from the Climate Agreement. That is a lot.

Import of hydrogen

So, it is likely that the Netherlands will also import a lot of hydrogen. That may come from sun-rich regions, where green hydrogen from solar power is cheaper to produce than in our region with fewer hours of sunshine and solar power.

A lot of hydrogen is already used in the Netherlands: an amount with an energy value of up to 175 PJ (the total primary energy demand in our country is about 3,000 PJ). Current use is entirely for industrial production, such as refining petroleum or making fertilizer.

Hydrogen applications

Cars can run on hydrogen, industry can use it as a form of energy, and even some homes can be heated with it. It could function as an alternative to coal in the metal industry, for example. Currently, these energy applications are still extremely limited. Fossil energy is still the norm.

Driving and heating on hydrogen

Only a few hundred vehicles are running on hydrogen and only a few pilot districts are being heated with it. But the expectation is that this will grow in the coming years.

Hydrogen as energy carrier is more expensive.

De productie van waterstof kost zelf energie en vereist een proces met kostbare installaties. Dat maakt dat per definitie waterstof duurder is dan de energiedrager waar het uit voortkomt: aardgas of (groene) elektriciteit. De elektriciteitsprijs ligt per eenheid energie fors boven die van aardgas; daarmee is ook waterstof uit elektriciteit nu nog een stuk duurder.

Afvangen van CO2 broeikasgas

The production of hydrogen itself costs energy and requires a process with costly installations. That makes hydrogen more expensive than the energy carrier from which it comes: natural gas or (green) electricity. The price of electricity per unit of energy is higher than that of natural gas; therefore, hydrogen from electricity is still more expensive.

Capture of CO2 greenhouse gas

With natural gas, it only makes sense to switch to hydrogen if the released greenhouse gas CO2 is captured and stored. That too has a price. In short, household energy bills would go up significantly if we started heating all homes on hydrogen now, and in many homes more than if we switched to heat pumps or sustainably produced district heat.

Hydrogen widely applicable

Still, hydrogen is the right solution for a substantial proportion of homes. In certain historic districts or rural areas, a heat grid is impossible to build or there is no sustainable heat source on site. Electric heat pumps have limited capacity and require a very well-insulated house. This is often not a realistic option in old homes. In that segment, hybrid heating with electric water pumps and hydrogen for chilly days offers the best solution. Then you use the more expensive hydrogen only for the peaks in demand, for example on those few very chilly winter days.