Waterstof onze redding?

 

Dit heeft de potentie om alle fossiele energiebronnen te vervangen'

Richard Hogenkamp
Waterstof wordt door sommigen gezien als dé brandstof voor de toekomst. Het probleem is dat het op kunstmatige wijze wordt gemaakt en dat daar andere — vaak fossiele — energiebronnen voor worden gebruikt. Maar wat als je het gewoon uit de grond zou kunnen halen?

 

Waterstof is schone energie omdat bij verbranding alleen waterdamp vrijkomt. Illustratie: Sjoerd van Leeuwen
Kleurloos, smaakloos, reukloos, onzichtbaar. En onvindbaar, tot voor kort althans. Waterstof, een schone energiebron, zou weleens in grote hoeveelheden in de aardbodem kunnen zitten. Kortgeleden is een groot reservoir ontdekt in Spanje, aan de voet van de Pyreneeën. Het is het eerste natuurlijke waterstofreservoir in Europa dat is aangetoond. Experts noemen het veelbelovend.

‘Eerlijk gezegd heb ik altijd in de veronderstelling geleefd dat dit niet zou kunnen bestaan, waterstof die in de aardbodem verstopt zit en die je eruit kunt pompen’, zegt Richard van de Sanden, hoogleraar aan de TU Eindhoven. ‘Waterstof bestaat uit heel kleine moleculen die overal doorheen kunnen. Het idee is dus dat waterstof die ergens in de aarde wordt geproduceerd, gewoon ontsnapt omdat het een weg omhoog vindt, door de aardkorst gaat en vervliegt in de lucht.’

Van de Sanden is voorstander van de productie in fabrieken van waterstof als nieuwe, extra energiebron, naast olie, gas en energie uit zon en wind. Maar hij is ook iemand die waarschuwt dat waterstof niet als wondermiddel moet worden gezien, omdat het door de mens gemaakt moet worden en we daar nog niet erg efficiënt in zijn. De productie is duur, vies of allebei. Dat waterstof nu mogelijk in grote hoeveelheden in de aarde zelf zit, stemt hem dan ook optimistisch. ‘Dit ziet er echt wel positief uit, ja.’

Logisch nadenken
Dat de vondst van natuurlijke waterstof in de aardbodem de wetenschap tart, snapt Ian Munro, ceo van Helios Aragón. Hij zou zelf anderhalf jaar geleden ook nog niet op het idee zijn gekomen om ernaar te zoeken. Het is zijn Brits-Spaanse onderneming die kortgeleden het ondergrondse waterstofreservoir in de noordelijke Spaanse regio Aragón ontdekte. Het reservoir ligt in de buurt van het dorp Monzón, zo’n 50 kilometer van de Frans-Spaanse grens, aan de voet van de Pyreneeën. ‘Op basis van wat we nu weten denk ik dat we alle industrie in de wijde omtrek van Monzón vanuit dit waterstofreservoir van energie kunnen voorzien.’

‘Toen we logisch gingen nadenken, leek ons de regio Aragón een plek waar waterstof zou kunnen zitten’, zegt Munro. ‘Wat je nodig hebt is een bodem waarin ijzerrijke rotsen en water bij elkaar komen. Dan ontstaat waterstof. Wat je daarnaast nodig hebt is een bodemstructuur waardoor die waterstof niet ontsnapt.’

Munro's bedrijf probeerde het bij Monzón en het was raak, op 3,5 kilometer diepte. Waterstof zit daar vast onder een rotslaag. Helios Aragón wil door die rotslaag boren en de waterstof oppompen. En dat kan goedkoop, denkt Munro. ‘Onze inschatting is dat we het voor €0,75 per kilo kunnen produceren. Dat is de helft goedkoper dan het maken van grijze waterstof, nu de goedkoopste vorm van waterstof, maar grijze waterstof is vervuilend. Natuurlijke waterstof is een volledig schone energiebron.’

Urban legend
Munro raakte in de greep van natuurlijke waterstof nadat hij zich had verdiept in de toevallige vondst van een reservoir in Mali. ‘Ik vond het heel interessant wat daar was gebeurd. Maar in Mali wil je als bedrijf niet zijn. Het is instabiel en onveilig. Niet voor niets is er vele jaren na de vondst nog steeds geen commerciële exploitatie van het Malinese waterstofreservoir.’

Het verhaal van de Malinese vondst klinkt haast als een urban legend, maar is vastgelegd. In 1987 werden boringen naar water gedaan bij het dorp Bourakébougou. Uit het gat dat door de boringen ontstond, kwam wind naar boven. Niemand snapte wat het was en waar het vandaan kwam. Toen een van de mannen die naar water boorden een sigaret opstak bij het gat, ontplofte die in zijn gezicht. Hij hield er brandwonden aan over. Boven het gat in de grond ontstond een brand die maar niet stopte. Het duurde weken om het vuur te doven. Toen dat eindelijk gelukt was, gooiden bange dorpsbewoners het gat dicht.

Het duurde 25 jaar voor er opnieuw werd gekeken naar de opmerkelijke gebeurtenis in Bourakébougou. In 2012 deed het Canadese Chapman Petroleum onderzoek in het dorp. In een mobiel laboratorium in de snoeihete woestijn ontdekten onderzoekers dat wat er uit het gat omhoogkwam, 98% pure waterstof was.

2012 was ook het jaar waarin de Malinese burgeroorlog begon, waarmee de omstandigheden voor het winnen van waterstof ernstig verslechterden. Er werd nog wel een installatie aangesloten op de waterstofbron, maar die is alleen voor lokaal gebruik. De 4000 inwoners van Bourakébougou hebben sindsdien elektriciteit en gebruiken die voor koelkasten en het verlichten van hun huizen, luxes die bewoners van veel andere dorpen in de woestijn van Mali niet kennen.

Onuitputtelijk
Het gat in de grond levert de dorpsbewoners nu al meer dan tien jaar elektriciteit. De waterstofbron in Bourakébougou lijkt onuitputtelijk. En dat is logisch, zeggen mensen die zich erin verdiept hebben. ‘Waterstof wordt in onze aarde continu gemaakt. Het is wat dat betreft niet te vergelijken met olie of gas, dat pas ontstaat na miljoenen jaren van gunstige omstandigheden en opraakt als je het omhoog haalt’, legt Viacheslav Zgonnik uit. Zgonnik is ceo van Natural Hydrogen Energy, een bedrijf dat in de Amerikaanse staat Nebraska boort naar natuurlijke waterstof.

Hij doet dat net als Helios Aragón op een diepte van 3,5 kilometer. De bron waar Natural Hydrogen Energy aan het werk is ligt bij Geneva, dichtbij de eerste aanzet van de Rocky Mountains. Zgonnik is wel een paar stappen verder dan zijn collega’s in Spanje. ‘Want het fijne van de Verenigde Staten is dat je minder lang hoeft te wachten voordat je een energiebron mag exploiteren.’

Zgonnik zegt ‘een obsessieve fascinatie’ te hebben met natuurlijke waterstof. ‘In 2014 hoorde ik er voor het eerst van, bijna niemand anders praatte erover. Ik ging nadenken en bedacht dat het volkomen logisch zou zijn dat er grote waterstofreservoirs in de bodem zitten.’

Vergunningen, geen subsidie
Als hij over de voordelen van natuurlijke waterstof begint, wordt hij nog enthousiaster. ‘Het is goedkoop. Je kunt het via de bestaande infrastructuur van gasleidingen naar de plek brengen waar je het wilt gebruiken. En de voorraad raakt nooit op, want zolang diep in de bodem ijzerrijke rotsen en water met elkaar in contact blijven, wordt er continu nieuwe waterstof gemaakt.’

Gevraagd naar de opbrengst van de waterstofbron in Nebraska hult Zgonniks zich in stilzwijgen. ‘In dit vroege stadium is dat nog bedrijfsgevoelige informatie die ik niet kan delen. Maar op basis van wat ik nu weet, durf ik dit wel te zeggen: ik geloof dat natuurlijke waterstof de potentie heeft om alle fossiele brandstoffen te vervangen. Ja, ik weet dat dat nogal een uitspraak is, maar ik ben ervan overtuigd.’

Ian Munro in Aragón is iets voorzichtiger, maar ook hij is optimistisch. ‘De potentie is heel groot. Er is wel een grote “maar”: we moeten in staat zijn de waterstof naar boven te halen en te vervoeren. In Europa hebben we daar vergunningen voor nodig. Daar zijn we nu mee bezig. Elke keer als ik er met overheidsvertegenwoordigers over praat, zijn ze verbaasd. Ik vraag niet om subsidies, zoals producenten van schone maar dure groene waterstof wél doen. Ik heb investeerders en we kunnen goedkoop produceren, vier tot vijf keer zo goedkoop als groene waterstof. Subsidie hoef ik niet. Het enige wat ik wil is vergunningen. Zodra we die hebben, weet ik meer over wat we precies oppompen en hoe belangrijk natuurlijke waterstof zal zijn in de energiemix.’

Brandende zeppelin
Zijn er dan alleen maar positieve berichten over natuurlijke waterstof? Richard van de Sanden van de TU Eindhoven wijst op de risico’s. ‘Dit klinkt allemaal veelbelovend, maar als we waterstof gaan oppompen, opslaan, vervoeren en gebruiken, dan moeten we nadenken over hoe we het veilig houden. Waterstof is nu eenmaal niet zo veilig als andere energiebronnen die we al kennen, zoals fossiele brandstoffen, zon en wind.’

Viacheslav Zgonnik: ‘Het beeld dat bij mensen het eerste opkomt als ik praat over waterstof is een brandende zeppelin.’ Dat is niet zo gek: de beelden van de brandende Hindenburg-zeppelin uit 1937 zijn iconisch. In de vlammenzee kwamen 35 mensen om het leven. De impact van dat 85 jaar oude beeld wordt nog steeds gevoeld door pioniers in de waterstofwereld. Zgonnik: ‘Helemaal eerlijk is dat niet. We hebben al veel geleerd over de risico’s van waterstof. In het begin wisten we ook weinig over hoe veilig of onveilig olie en gas waren. Alleen door te beginnen kunnen we alle eigenschappen van waterstof leren kennen en manieren vinden om er veiliger mee om te gaan.’

Niet in Nederland
Munro en zijn Helios Aragón denken voldoende veiligheidswaarborgen te hebben ingebouwd om de vergunningen rond te krijgen. Dan zouden ze volgend jaar kunnen beginnen met waterstofwinning in het noorden van Spanje. Ondertussen kijkt Munro ook naar andere plekken in Europa, voordat, zoals hij het zegt, ‘de big boys zich op natuurlijke waterstof storten’. Munro heeft het dan over de grote energiebedrijven van de wereld.

Het zoeken gebeurt in bodems die vergelijkbare eigenschappen hebben als die in Mali en Aragón. ‘Dan kom je meestal in de buurt van bergketens uit. We doen nu proefboringen in Duitsland, Polen en Hongarije. Ik denk dat Zweden ook goede condities heeft.’

Gevraagd naar de kansen voor Nederland, verschijnt een veelbetekenende glimlach om de mond van Munro. ‘Ik ben de afgelopen anderhalf jaar al een aantal keren verrast als het gaat om natuurlijke waterstof, dus ik durf niks met zekerheid te zeggen. Maar op basis van wat we nu weten, zou ik niet in Nederland zoeken.’

Een kleurenpalet aan waterstof
Waterstof is schone energie. Er kunnen auto’s en bussen op rijden, en het wordt ook al op kleine schaal ingezet in de industrie. Als waterstof verbrandt, komt alleen waterdamp vrij. Waterstof is kleurloos. Toch gebruikt de wetenschap juist kleurcodes om verschillende types te onderscheiden.
Bruine waterstof is de meest vervuilende soort die er is. Steenkool of bruinkool wordt verbrand om deze waterstof te maken en daar komen veel schadelijke stoffen bij vrij, naast CO2 bijvoorbeeld ook zwaveldioxide.
Grijze waterstof, tot nu toe de meest gangbare vorm. Voor de productie wordt olie gebruikt, of aardgas dat onder druk wordt gezet en verhit. Daarbij komt CO2 vrij.
Blauwe waterstof wordt op dezelfde manier gemaakt als grijze, maar het verschil is dat de CO2 die tijdens het maakproces vrijkomt, wordt opgevangen en onder de grond wordt opgeslagen, bijvoorbeeld in lege aardgasvelden.
Paarse waterstof wordt geproduceerd met gebruik van kernenergie. Het voordeel is dat er geen CO2 vrijkomt, maar er is wel nucleair afval.
Groene waterstof wordt gemaakt met duurzame elektriciteit. Stroom die is opgewekt met zonnepanelen en windmolens wordt in een fabriek omgezet in waterstof, een methode om zonne- en windenergie op te slaan voor gebruik op een later moment.
Oranje waterstof is waterstof die ontstaat door water in ijzerrijke ondergrondse rotsformaties te pompen. Door de reactie tussen water en de ijzerrijke rotsen komt waterstof vrij, die dan weer omhoog wordt gepompt.
Witte waterstof wordt door de aarde zelf gemaakt op plekken waar, onderaards, water en ijzerrijke rotsformaties samenkomen. Als het lukt deze waterstof te winnen, is het de schoonste van alle soorten waterstof.