Waterstof is een energiedrager die in vele kleurtjes voorkomt

Al 58 afleveringen zijn er van deze rubriek verschenen en nu pas is element nummer 1 aan de beurt. Waterstof (H), het lichtste der elementen, alomtegenwoordig in het universum en op aarde. Het zit in allerlei zeer alledaagse moleculen: water (H₂O) bestaat uit 2 waterstofatomen en 1 zuurstofatoom, aardgas (CH₄) bestaat uit 1 koolstofatoom en 4 waterstofatomen en glucose (C₆H₁₂O₆) bestaat uit, je raadt het al, 6 koolstofatomen, 12 waterstofatomen en 6 zuurstofatomen.

Het element zit altijd in verbindingen. Zelfs wat in de volksmond waterstof wordt genoemd, is in feite een verbinding: H₂, twee waterstofatomen. In de energietransitie is waterstof, H₂ dus, een belangrijke troef. Handig aan waterstof is dat het te bewaren en ook zonder elektriciteitskabel te transporteren is. ‘Overtollige’ elektriciteit op dagen dat windmolens of zonnepanelen voluit produceren kan dus ingezet worden om waterstof te maken voor gebruik elders of op een (veel) later moment – al gaat er bij het omzetten van elektriciteit naar waterstof wel energie verloren.

Een zinvol alternatief

Bij verbranding van waterstof (een gas) kunnen hoge temperaturen bereikt worden, maar dan de zonder CO₂-uitstoot die bij verbranding van aardgas komt kijken. Vanwege de hoge temperaturen gebruiken veel industrieën nog volop aardgas, waterstof lijkt een zinvol alternatief. De vergelijking met aardgas maakt ook dat er stemmen opgaan om waterstof naar huizen te transporteren – gasleidingen liggen er al.

Hup waterstof, zou je zeggen. Toch stokt de ontwikkeling van de waterstofeconomie. Dat komt doordat waterstof aan de basis toch iets anders is dan aardgas. Het is een licht en klein molecuul, het ontsnapt gauw en is extreem ontvlambaar. Toch niet heel lekker voor in huis. En voor efficiënt transport moet het flink gecomprimeerd en/of extreem afgekoeld worden, dat maakt het niet heel handzaam.

Maar de grootste bottleneck is voorlopig de productie. Waterstof is er in veel kleuren: grijs, blauw, turquoise, wit, groen en roze (!). Dit zegt niks over de daadwerkelijke kleur (het is kleurloos), maar over hoe het gemaakt wordt. Waterstof wordt gemaakt door moleculen te splitsen. Bij groene waterstof wordt water met behulp van (duurzame) elektriciteit gesplitst in zuurstof en waterstof. Roze waterstof komt uit water gesplitst met elektriciteit uit kernenergie. Maar veel waterstof wordt helemaal niet uitstootvrij gemaakt. Voor grijze waterstof (verreweg het meestgebruikt), wordt methaan gesplitst. Het heeft dan dus een fossiele basis en er komt CO₂ bij vrij. Alle andere kleurtjes moeten overbrengen dat de waterstof ‘minder erg’ is dan grijs. Maar turquoise is toch echt geen groen – bij turquoise waterstof wordt methaan gesplitst door het door gesmolten metaal te leiden. Helaas is er nog lang niet genoeg groene waterstof om er een economie op te laten draaien en onzekerheid houdt investeringen tegen.

Van het molecuul toch nog even naar het element. In de natuur komen twee stabiele waterstofisotopen voor (varianten van het atoom met dezelfde chemische eigenschappen maar een verschillend aantal neutronen): protium – geen neutronen, die komt veruit het meeste voor – en deuterium – één neutron, veel schaarser. Klimatologische en geografische omstandigheden bepalen de verhouding tussen protium en deuterium in ijskernen en plantenresten. Paleoklimatologen kunnen hiermee herkomst bepalen en dateren: meer deuterium duidt op een warmer klimaat.

In een eerdere versie van dit artikel stond niet goed weergegeven dat het aandeel grijze waterstof groter is dan het aandeel groene waterstof, en werd het productieproces van grijze waterstof onduidelijk uitgelegd. Dit is hierboven aangepast.