Waterstof

Inhoudsopgave

Inleiding
Hoofdstuk 1
-Wat is waterstof
-Hoe wordt waterstof opgewekt
-Elektriciteit
Hoofdstuk 2
-Economische gevolgen
-De Nieuwe Wereld
-Midden-Oosten
Conclusie
Bronvermelding

Inleiding

Wij zijn in aanraking gekomen met het onderwerp waterstof door onze leraar Economie, Peter Lammers. Hij vertelde hier zo mooi en boeiend over dat wij er wel wat meer over wilden weten. Hij zei dat er een mooi boek was van Jeremy Rifkin over de Waterstofeconomie. Aangezien wij ook een praktische opdracht moesten maken leek het ons een leuke combinatie en besloten wij om de Waterstofeconomie het onderwerp voor de opdracht te maken. Zo gezegd zo gedaan. De volgende dag gingen wij naar de bibliotheek om het (vertaalde) boek van Rifkin te lenen. Tot onze grote teleurstelling was het boek uitgeleend in alle filialen in Amsterdam. Nadat we hadden overwogen om het te kopen bedachten wij ons dat Peter had gezegd dat er ook een exemplaar in de mediatheek lag. Dit exemplaar was eigenlijk niet bedoeld om uitgeleend te worden maar dankzij de charmes van onze Sebastiaan is het toch gelukt. We mochten het boek een dagje lenen en zo begon ons werkstuk meer vorm te krijgen. Dit boek is namelijk de Bijbel van de Waterstofeconomie.
Na ons wat meer verdiept te hebben in het onderwerp begonnen wij met het indelen van ons werkstuk. Wij besloten om onszelf ook een hoofdvraag te stellen, die we dan aan de hand van dit werkstuk zouden kunnen beantwoorden. De hoofdvraag luidt: hoe wordt waterstof de redding in de strijd tegen slinkende fossiele brandstofvoorraden?
We besloten om twee grote hoofdstukken te maken die onderverdeeld zouden worden in kleine subonderwerpen. Het eerste hoofdstuk legt uit hoe en wat waterstof nou eigenlijk inhoudt en waarom het ons zou kunnen redden in de strijd tegen de slinkende olievoorraden. Het tweede hoofdstuk gaat in op de diepere aspecten van een waterstofeconomie. Ook leggen we uit wat voor revolutie de invoering van waterstof als alternatief voor fossiele brandstoffen zou kunnen zijn. Dit leggen we vooral uit aan de hand van de auto-industrie. Aan olie zit ook een politiek spel verbonden. Dit is echter zo ingewikkeld dat wij hebben besloten om kort uit te leggen wat er zou kunnen gebeuren als olie (en aardgas) niet meer de belangrijkste brandstof zou zijn.

Hoofdstuk 1

Wat is waterstof

Waterstof (H2) is de Nederlandse naam voor het chemische element Hydrogenium en het is het eerste element uit het periodiek systeem. Onder normale omstandigheden is het een kleurloos, geurloos en smaakloos gas. Het is een van de belangrijkste onderdelen van alle organische stoffen, maar het komt bijna altijd in combinatie met andere atomen voor.
Waterstof is de meest voorkomende stof uit het hele universum. Wel 75% van alle massa en 90% van alle moleculen bestaat uit waterstof. Het komt dus niet alleen voor op aarde maar ook in de rest van het heelal. Het is namelijk ook dé energiebron van de zon, namelijk 30% van de massa.
Waterstof is de lichtste vorm van energie die er bestaat. Bij verbranding is waterstof ook het meest efficiënt. Men is in de geschiedenis altijd bezig geweest met het lichter maken en dematerialiseren van grondstoffen. Men begon met hout, daarna kwam steenkool, dat ging weer over in olie, in vloeibare vorm, en nu gaat men over op gasvormig: aardgas en waterstof. Men probeert dus altijd de lichtste en de meest efficiënte manier te vinden. Olie is namelijk makkelijker te transporteren (pijpleiding) dan steenkool en hout. Gas is weer een stukje makkelijker, dat stroomt namelijk sneller door de pijpleidingen dan olie. Ook een voordeel is het proces van ontkoling die de energiebronnen zijn doorgegaan. Daarmee wordt bedoeld dat de energiebron steeds minder koolstofatomen ten opzichte van waterstofatomen bevat. Hout had nog tien koolstofatomen per elk waterstofatoom en waterstof bestaat niet uit een combinatie en is dus de meest ontkoolde variant. Het voordeel dat dit met zich meebrengt is dat waterstof veel minder CO2 uitstoot dan de energiebronnen die eerder gebruikt werden. Dit is natuurlijk goed voor het milieu. Als we dus alleen waterstof zouden gebruiken zou het broeikaseffect dus sterk afnemen. Nu is dat natuurlijk nog niet het geval en lopen we de kans dat de aarde aanzienlijk opwarmt.

Hoe wordt waterstof opgewekt

Waterstof bevindt zich dan wel vaak in de natuur maar bijna nooit in de ongebonden vorm die we nodig hebben voor het opslaan van elektriciteit. Het is vaak gebonden aan water en het moet eerst worden gescheiden voordat het als energiedrager kan dienen. Waterstof wordt nu vaak geproduceerd door aardgas te scheiden. Aan dit proces zit echter ook een zwarte zijde. Als je aardgas scheidt komt er namelijk ook koolstofdioxide vrij. Hiermee verhelp je dan niet het probleem van het broeikaseffect. Ook krijg je in de toekomst problemen als aardgas schaarser wordt. Er is nu al voorspeld dat er niet genoeg aardgas is om aan de eisen van de elektriciteitsbedrijven te voldoen, zelfs zonder dat de stijgende behoefte naar waterstof is meegerekend. Men moet dus zoeken naar andere vormen. De schoonste manier is om via elektrolyse waterstof en zuurstof te scheiden. Hiervoor heb je alleen water nodig en elektriciteit. Het is schoon en de elektriciteit zit er meteen in opgeslagen. Als je dan de waterstof en zuurstofatomen weer bij elkaar brengt komt de elektriciteit en het water weer terug, bijna zonder energieverlies. Als je nu elektriciteit wilt vervoeren is na 400 km. de grootste spanning al verloren gegaan. Het is dus nu niet mogelijk om elektriciteit op grote schaal en over lange afstanden efficiënt te vervoeren. Als men dus wilt overgaan van een fossiele brandstof economie op een op elektriciteit aangedreven waterstofeconomie dan heeft men de waterstoftechnologie nodig. Op dit moment is het grootste probleem dat duurzame elektriciteit nog zo duur is. Als er nu elektriciteit wordt geproduceerd dan wordt dat meestal gedaan door aardgas te verbranden. Als je elektriciteit dan zou gebruiken om bijvoorbeeld auto’s aan te drijven (wat in het begin de grootste taak van waterstof zal zijn) dan heb je het onnodig duur gemaakt. De milieuvervuiling wordt zo alleen verplaatst want je gebruikt indirect nog steeds aardgas om je auto voort te bewegen. Je zou namelijk ook je auto direct op aardgas kunnen laten lopen.

Elektriciteit

Het waterstofprobleem is dus eigenlijk een energieprobleem. Het gaat er eigenlijk om hoe je zo snel mogelijk duurzame energie kan opwekken zodat duurzame energie de taak van fossiele brandstoffen kan overnemen. De bronnen voor duurzame energie zijn in overvloed aanwezig op onze aarde. Het gaat er alleen over hoe we die zo efficiënt mogelijk kunnen benutten. Nu is de prijs voor duurzame, groene energie nog vrij hoog. Dit komt alleen omdat het op zijn kleine schaal wordt geproduceerd. Als men de productie wil opvoeren dan zijn hiervoor enorme investeringen nodig. Men is echter bereid om die te doen. Zodra er dan overal energieparken, zowel wind, zon als water, als paddestoelen uit de grond schieten, zal de prijs gestaag dalen en het zo aantrekkelijker maken om duurzame energie te gebruiken.
De oliemaatschappijen en energiegiganten van deze wereld hebben al vele miljarden in waterstof en duurzame energie geïnvesteerd. BP Solar (die 10% van de zonnecollectoren ter wereld produceert) heeft een grootschalig project opgezet op de Filipijnen. Hun doel is om een groot aantal zonnecollectoren te plaatsen die dan 400.000 mensen in 150 dorpen van energie voorzien. Dit hele project kost zo’n 48 miljoen dollar en is een van de grootste wereldwijd.
Dit is echter alleen het begin. Om in de toekomst de elektriciteit enkel en alleen uit duurzame energie te halen moeten er veel meer projecten komen. Er wordt namelijk gezegd dat als je een gebied zo groot als de provincie Noord-Holland vol zet met zonnecollectoren dit genoeg energie oplevert om heel West Europa van elektriciteit te voorzien. Ook is er berekend dat windmolens aan de kust van de Baltische Zee en onze eigen Noordzee voldoende energie opleveren om heel Europa te voorzien. Dit zijn natuurlijk enorme investeringen maar als je dat vergelijkt me de olie industrie zou dit geen probleem mogen zijn. Jaarlijks wordt er zo’n 1.2 miljard dollar geïnvesteerd in olieplatforms die de moeilijk bereikbare olievelden moet ontginnen.
Waterstof is hier een essentieel onderdeel van. Als je namelijk al die energie hebt opgewekt dan moet je dat ook ergens kunnen opslaan. Met accu’s zou je dat kunnen doen, maar accu’s zijn zelf ook milieuvervuilend en onpraktisch. Brandstofcellen zijn hiervoor de oplossing.
De brandstofcel bestaat al erg lang. Voor het eerst werden brandstofcellen gebruikt door de NASA. Dit ruimtevaartinstituut besloot in de jaren ’60 van de vorige eeuw de brandstofcel te implementeren in de ruimteschepen. Hierin werd de elektriciteit gereproduceerd die nodig was. Er zitten tegenwoordig ook zonneschermen op de ruimteschepen. Dan hoef je dus geen (grote) opslag meer te hebben voor de elektriciteit want die wordt, wanneer dat mogelijk is, uit de zonne-energie gehaald.
Brandstofcellen zullen in de nabije toekomst vooral voor voertuigen worden gebruikt. Vanuit een kleine waterstoftank wordt de waterstof de brandstofcel ingeleid. Hier komt het samen met zuurstof en zo komt er elektriciteit, warmte en water vrij. Doordat waterstof onder hoge druk kan worden opgeslagen neemt dit niet veel plaats in beslag. Aangezien de brandstofcel ook klein is, is het een goede manier om energie te vervoeren.
In de verre toekomst is er dan ook een grotere rol weggelegd voor de brandstofcel. Dan moet die eigenlijk de vervanger worden van de batterij. In je mobieltje, mp3-speler en laptop zitten dan kleine brandstofcelletjes die veel langer meegaan dan de batterijen van nu. Aangezien er ook geen schadelijk stoffen vrijkomen bij het gebruik van waterstof is het zeer milieuvriendelijk en duurzaam.

Er zit ook een kleine schaduwzijde aan het gebruik van waterstof. Recentelijk hebben onderzoekers namelijk kanttekeningen bij dit brandschone scenario gezet. In een waterstofeconomie zal veel waterstof worden vervoerd, en het staat vast dat er een klein deel zal gaan ontsnappen uit lekke opslagtanks. Het zal dus zo zijn dat de concentratie waterstof in de atmosfeer zal stijgen. Hiermee wordt de ozonlaag aangetast, die de schadelijke straling uit het zonlicht filtert. Er moet dus voor gezorgd worden dat er zo weinig mogelijk waterstof weglekt.

“Who could get excited about hydrogen?! But you CAN get excited about radical reductions in the environmental consequences of our economy and radical reductions in the tensions produced by oil dependency” (Peter Schwartz, trendwatcher VS)

Hoofdstuk 2

Economische gevolgen

Nu neemt de transportsector ongeveer 50% van de jaarlijkse olieconsumptie voor haar rekening. De verwachting is dat het aantal auto’s in de komende vijfentwintig zal verdubbelen terwijl de olievoorraden alleen maar slinken. Het tekort aan benzine zal dus alleen maar toenemen. Maar voordat er op een waterstofeconomie kan worden overgeschakeld moet er nog zeer veel gebeuren. De eerste stap zal een overgang van auto’s met een interne verbrandingsmotor op auto’s met een brandstofcel zijn. Hierin wordt al een aantal jaren fors geïnvesteerd. Onder andere Daimler-Chrysler, General Motors en Ford zijn bezig met het ontwikkelen van auto’s die geschikt zijn om op waterstof te rijden. Hiermee zijn ze al een stuk gevorderd. Er zijn al heel wat prototypes van personenauto’s die in de nabije toekomst in gebruik kunnen worden genomen. Een voorbeeld van hoe zo’n auto

werkt is de Autonomy Car van General Motors. Hier is een vast chassis waarop verschillende auto’s gebouwd kunnen worden. Aan dat chassis zitten vier wielen die allemaal afzonderlijk worden aangedreven door een brandstofcel. Het chassis is ontworpen zodat het twintig jaar kan worden gebruikt en de auto zelf rijdt op software waardoor ouderwetse onderdelen zoals een versnellingspook en de gas- en rempedalen niet meer nodig zijn. Zelfs het stuur is niet meer aan één plaats gebonden. Je kunt, doordat alles computer gestuurd, is het stuur van plaats veranderen. Ook wordt door middel van sensoren berekend hoe veel energie overal nodig is, zodat er niets verspild wordt. Nog een groot voordeel is dat de auto bijna geruisloos is. De motor maakt bijna geen geluid meer dus je hoort alleen het geluid van de banden die over de weg gaan. General Motors heeft beloofd dat er in 2010 een auto, aangedreven door waterstof, klaar is voor massaproductie.
De auto zal in de toekomst niet alleen als vervoersmiddel worden gebruikt maar zal dan een rijdende energiecentrale zijn. De auto zal genoeg elektriciteit opwekken, zodat wanneer hij niet wordt gebruikt hij kan worden gekoppeld aan het huis of kantoor. De overtollige energie kan worden gebruikt in het huishouden. Vijftig miljoen brandstofcel auto’s zouden jaarlijks meer energie kunnen opwekken dan het hele wereldwijde netwerk.

De Nieuwe Wereld

De ontwikkelingen gaan steeds verder, inmiddels rijden er al in alle grote Europese steden bussen op waterstof. Hiermee geven de overheden het goede voorbeeld. In IJsland is er zelfs al een openbaar benzinestation van Shell waar men waterstof kan tanken.
In Denemarken wil men zelfs een hele stad maken die gebruik zal maken van waterstof voor alles: de huishoudens, de auto’s en de straatlichten. Voor het bouwen van deze waterstofstad is er subsidie aangevraagd bij de EU. Als alles volgens plan verloopt, kunnen de eerste bewoners er al in 2009 terecht. Er zal van alles zijn: een winkelcentrum, bedrijven en een tankstation. Voor de elektriciteit wordt gezorgd door windmolens en zonnecellen die in parken liggen rondom het dorp. Voor momenten waarop de wind niet waait en de zon niet schijnt is er natuurlijk waterstof om deze elektriciteit in op te slaan.

Al de veranderingen die waterstof met zich meebrengt hebben natuurlijk grote gevolgen voor de economie. De olie-industrie is de grootste ter wereld en deze veranderingen moeten geleidelijk aan gaan. Als in één klap er grootschalig waterstof wordt aangeboden om huizen van stroom te voorzien en om auto’s voort te bewegen dan verliezen heel veel mensen in de olie-industrie hun baan. Het waterstof concept moet dus geleidelijk in onze economie geïmplementeerd worden. Het aantal banen in de olie-industrie zal dus langzaam worden afgebouwd. Als er minder olie wordt geproduceerd heeft men ook minder mensen nodig. Deze mensen zouden dan bijvoorbeeld aan een baan kunnen worden geholpen in de nieuwe waterstofindustrie.
Allereerst zal er natuurlijk steeds meer geld worden geïnvesteerd in de ontwikkeling van de brandstofcel en het produceren van waterstof met elektriciteit om dit allemaal te optimaliseren. Dit zal positieve effecten hebben op de economie in het algemeen en de recessie waar de westerse wereld nu inzit, zal gemakkelijk worden omgebogen in een bloeiende economie.
Ook de Amerikaanse overheid heeft veel geïnvesteerd in waterstof: “Tonight I’m proposing 1.2 Billion dollars in research funding so that America can lead the world in developing clean hydrogen powered automobiles”, aldus George W. Bush.
Op de korte termijn zal dit het begrotingstekort van de Verenigde Staten alleen maar groter maken, maar op de lange termijn zal vooral de technologie industrie hier veel voordeel van hebben. Misschien gebeurt er hetzelfde als bij het Star-Wars project van Ronald Reagan. Dit heeft niets opgeleverd maar was wel goed voor de economie.
Uiteindelijk wordt de waterstofmarkt natuurlijk gigantisch: er zal veel geld worden verdiend door de brandstofcelproducenten, waterstofleveranciers en er zal heel veel werkgelegenheid ontstaan. Het zal dus langzaam de rol van olie op de wereldmarkt overnemen. Binnenkort zal dit nog niet gebeuren, de vraag naar olie blijft stijgen. Want in China en India komen, door de groeiende economieën, steeds meer mensen die een auto kunnen betalen. Oliemaatschappijen doen nu nog hun uiterste best om aan deze vraag te voldoen maar de olievoorraad op de wereld slinkt. Ze fuseren ook vaak tot super oil majors om grotere velden te kunnen ontginnen en meer geld over te hebben om te investeren in de toekomst. Maar ze zouden beter kunnen investeren in waterstof om bruikbaar te hebben zodra de prijzen van een olievat echt te hoog worden.

De aardolie-industrie is de grootste bedrijfstak ter wereld met een waarde van ongeveer 2 tot 5 biljoen dollar. Het grote nadeel aan de olie-industrie is dat het hele proces gecentraliseerd is:
- het wordt op maar een paar plekken op de aarde uit de bodem gewonnen.
- het wordt in zeer grote raffinaderijen verwerkt en wordt vervolgens massaal op de markt gebracht.
- een paar super oil majors hebben vooral de distributie in handen
Bij waterstof hoeft dit niet het geval te zijn.
Aan het begin van de overgang op waterstof zal het centraal geregeld moeten worden. Maar als het eenmaal op grote schaal in gebruik is genomen, is het de bedoeling dat iedereen zijn eigen stroom en waterstof kan produceren. Dit zou moeten kunnen door middel van bijvoorbeeld een zonnecel op je dak. Vervolgens wordt de zelf opgewekte stroom door elektrolyse in waterstof omgezet. In je auto en je huis kun je dan je eigen stroom gebruiken, en je bent dus onafhankelijk van grote energiebedrijven.
Door het integreren van computer hardware en software zou er een groot Hydrogen Energy Web (HEW) kunnen ontstaan, waarbij mensen hun overschotten energie simpel door kunnen verkopen aan hun buren of aan energiebedrijven. Dit zou het centrale energienet vervangen en door instrumenten en sensoren overal in het systeem zou informatie over de energiesituatie bijgehouden kunnen worden. Het netwerk zou de vraag en het aanbod van stroom moeten bijhouden zodat de stroom, waar die het hardst nodig is, voor een zo laag mogelijke prijs beschikbaar is. Hierdoor ontstaan dus kleine gemeenschappen, qua stroom volledig onafhankelijk en op elkaar afgesteld. De markt ligt niet in handen van een kleine groep bedrijven die ontzettend veel geld verdient maar is in handen van het volk.

Midden-Oosten

Veel landen in het Midden-Oosten zijn afhankelijk van de export van olie. In het Midden-Oosten is de olie-industrie nog veel belangrijker voor de economie dan in de Westerse wereld. Als olie wegvalt hebben ze niets meer over. Ze zijn namelijk een eenzijdige economie waar 2/3 van alle inkomsten uit de olie-industrie komt. Hierdoor zijn ze geneigd deze industrie te beschermen in plaats van te investeren in de waterstof, terwijl ze dit wel zouden kunnen. Een woestijn is namelijk een goede plek voor een zonnecelpark. Ze zouden dus veel energie kunnen produceren om ook door te verkopen op de wereldmarkt.
Bush steunt het onderzoek naar waterstof niet alleen omdat hij denkt dat de olievoorraden echt op zijn binnenkort, maar hij wil ook minder afhankelijk worden van de olie-exporterende landen in het Midden-Oosten. De laatste tijd is de politieke stabiliteit in het Midden-Oosten namelijk ver te zoeken, veelal omdat men zich steeds meer wil afzetten tegen de westelijke machten. Deze westelijke machten (en de laatste tijd ook China en India) proberen namelijk een vinger in de pap te krijgen bij de regeringen om zo gegarandeerd te zijn van hun olie.
Met de komst van waterstof wordt het Westen veel minder afhankelijk van de olieproducerende landen waardoor hun macht ook afneemt. Als ze nu die oliekraan zouden dichtdraaien zou de olie prijs omhoog schieten en dit betekent dat overal de kosten ook omhoog gaan. Hierdoor kunnen die landen enige druk uitoefenen op de olie importerende landen. Zo zouden ze bijvoorbeeld politieke concessies kunnen afdwingen. Dit was bijna al gebeurd in 2002. Irak, Iran en Libië dreigden om de olie export tijdelijk stop te zetten omdat Israël Palestijns grondgebied was binnengevallen. Dit kon worden voorkomen want anders was er ongetwijfeld een olie crisis gekomen.

Conclusie

“The good news: there’s a new energy regime at the front door, and the world’s turning to it: HYDROGEN” (Jeremy Rifkin)

Veel mensen denken dat ze de olietekorten alleen zullen merken aan de benzineprijzen. Dit is echter niet reëel. 17% van de olie wordt gebruikt voor de productie en de distributie van voedsel. Als we dus in dit tempo doorgaan met de consumptie van olie dan zul je zelfs aan de prijzen bij de bakker kunnen merken dat de olievoorraad snel slinkt.
Er zijn dus nieuwe energiebronnen nodig. De energiebronnen die voorhanden zijn, zijn de duurzame energiebronnen. Deze zijn echter niet op elk moment in elk deel van de wereld zo gemakkelijk op te wekken. Hier begint de taak van de waterstofeconomie. Door middel van waterstof zou de energie kunnen worden vervoerd naar plekken waar die moeilijker is op te wekken en kunnen worden opgeslagen voor later gebruik.
Hier komen wij dus aan bij het antwoord op de hoofdvraag. Het is niet zozeer dat waterstof de oplossing is voor het energieprobleem, dat zijn de duurzame energiebronnen. Die energiebronnen zijn namelijk in overvloed aanwezig en zullen ook altijd blijven bestaan. Er moet echter alleen een efficiëntere manier komen om ze te gebruiken en te vervoeren. Nu is groene stroom nog erg duur en dat komt vooral omdat het zo weinig wordt geproduceerd. Ons antwoord is dus: meer duurzame energie opwekken en waterstof gebruiken om het op te slaan. Dit houdt de waterstofeconomie ook eigenlijk in. Het is een economie waar alles wordt aangedreven door elektriciteit, en dan vooral duurzame elektriciteit, in combinatie met waterstof.
Zover zijn we echter nog niet, eerst moet er nog veel geïnvesteerd worden in onderzoek en technologie. Maar misschien zullen over een jaar of vier de eerste waterstofauto\'s al in productie worden genomen en zullen we dus ook daadwerkelijk iets merken van alle investeringen die zijn gedaan
De invloed van de olie-industrie zal alsmaar kleiner worden, en die van de waterstofindustrie groter. Waterstof kan zelfs de beslissende factor zijn als Afrikaanse ontwikkelingslanden de vicieuze cirkel van armoede en hulpeloosheid willen doorbreken. Ze kunnen zelf namelijk met behulp van zonnecellen stroom opwekken voor hun eigen dorp en vervolgens opslaan in waterstof. Hierbij moeten ze natuurlijk wel eerst een handje geholpen worden door de Westerse wereld, maar daarna kunnen ze onafhankelijk van ons zelf verder. Zoals Jeremy Rifkin het ook zo mooi verwoordde: “The reason why people are powerless is literal: they don’t have power!”

Bronvermelding

Jeremy Rifkin: De waterstofeconomie

De Krantenbank: NRC Handelsblad

Trouw

FD Strategie

Tegenlicht: De waterstofrevolutie

Noorderlicht: De verbranding

www.brandstofcel.com

www.waterstof.org

www.tegenlicht.nl

www.hfpeurope.org

www.ez.nl

www.google.nl – zoeken afbeeldingen
Hydrogen
Waterstof
Waterstofeconomie