EG-Blog: Waterstof-technologie maakt schepen op zonne- of windenergie mogelijk

Waterstofgas is een energiedrager, dit wil dus zeggen dat het een stof is die kan geproduceerd worden aan de hand van een proces die een bepaalde hoeveelheid energie vereist en dat deze stof daarna gebruikt kan worden om een mechanische kracht of warmte te produceren, of om chemische of fysische processen teweeg te brengen. Aangezien het dus een energiedrager is kan het dus gebruikt als transportmiddel voor energie, net zoals elektriciteit dat is. Waterstof heeft een aantal specifieke eigenschappen waardoor het geschikt is om te gebruiken bij bepaalde toepassingen. Maar er is namelijk wel een probleem met het gebruik van waterstof als een energiedrager, namelijk het moeilijk om een efficiënte manier te vinden om het te produceren. De meest efficiënte manier die de dag van vandaag bestaat is door koolwaterstof zoals bijvoorbeeld waterstofgas, op hoge temperatuur of te breken, dit wordt ook wel reforming genoemd. Het probleem met deze methode om waterstofgas te produceren is dat er hierbij veel CO2 wordt uitgestoten. Daarom is men steeds op zoek naar nieuwe methode om waterstofgas op een efficiënte manier te produceren en waar er geen uitstoot van CO2 mee gepaard gaat.

Eén van deze zoektochten wordt uitgevoerd door onderzoekers van Purdue University. Deze onderzoekers hebben een methode ontwikkeld waarbij men aluminium en een vloeibare legering gebruikt om waterstofgas te produceren uit zeewater. Dit is dus een geschikte methode aangezien er dus geen uitstoot van CO2 mee gepaard gaat. Tijdens de ontwikkeling van deze technologie hebben de onderzoekers een mogelijke toepassing van deze technologie voor ogen gehouden. Namelijk dat het waterstofgas een alternatief kan vormen voor de fossiele brandstoffen die schepen aandrijven. Met deze technologie zou het mogelijk zijn om aan boord van een schip voldoende waterstofgas te produceren om het schip aan te drijven. Deze technologie werkte in eerste instantie enkel voor zoetwater. Daarna hebben de wetenschappers de technologie verder ontwikkeld zodat er ook zoutwater gebruikt kan worden. Bij deze technologie kan het geproduceerde waterstofgas direct gebruikt worden door de motor aan boord. Hiermee gaat men ook al de nadelen en het veiligheidsaspect van het transport en de opslag van waterstofgas uit de weg.

Het transport en de opslag van waterstofgas is ook het cruciale aspect van de zogenaamde waterstofeconomie. Een waterstofeconomie staat voor een concept voor een economie waarbij waterstofgas de belangrijkste energiedrager is. Dit is in tegenstelling tot de huidige economie waar fossiele brandstoffen de belangrijkste energiedragers zijn. Er is wel een voorwaarde dat het waterstofgas dan duurzaam is, en dus dat er bij de productie geen gebruik wordt gemaakt van fossiele brandstoffen. Het concept zit dan als volgt in elkaar: met elektrische energie wordt water gesplitst in waterstofgas en zuurstofgas. Het verkregen waterstofgas kan opgeslagen worden en vervoerd worden en op een andere tijd en plaats als energiebron gebruikt worden. Ook kan het ingezet wordt voor elektriciteitsopwekking met brandstofcellen, voor verwarming of als brandstof in auto's. De elektrische energie voor de productie van het waterstofgas dient dan wel geproduceerd te worden via hernieuwbare energiebronnen indien men aan de voorwaarde wil voldoen dat er geen uitstoot van CO2 gepaard gaat met de productie van het waterstofgas. Maar het belangrijkste probleem voor de waterstofeconomie is namelijk de opslag en het transport van het waterstofgas. Waterstofgas is zeer licht ontvlambaar en bevat dus een lage ontstekingsenergie. De opslag- en transportmethode moeten dus voorkomen dat het waterstofgas niet gaat ontsteking voordat het zijn eindbestemming bereikt. Dit kan men doen door het onder een hoge druk te bewaren, namelijk bij drukken van 350 tot 700 bar. Ook is het mogelijk om het veilig te transporteren bij enorm lage temperaturen, van zo'n -252,9 °C. En er zijn ook nog een aantal andere methodes die recent zijn ontwikkeld en vele daarvan zijn nog niet klaar voor commercieel gebruik.

Dus wanneer het waterstofgas op de locatie waar het gebruikt ook geproduceerd kan worden zouden al deze problemen van het opslag en het transport in één keer opgelost zijn. En dit maakt het dus uiterst interessant in toepassingen in de transportsector zoals in wagens en schepen. Het waterstofgas wordt dan enkel geproduceerd in de hoeveelheid waarnaar er op dat ogenblik vraag naar is. Het proces is gebaseerd op legeringen gebaseerd op aluminium waarmee er waterstofgas gemaakt kan gemaakt worden van zeewater. De ontdekking van deze mogelijkheid gebeurde al een tijdje terug, namelijk in 2007. Toen werd het gebruikt om waterstofgas te produceren uit zoetwater. Het aluminium zorgt ervoor dat de watermoleculen gaan opsplitsen in waterstof en zuurstof. De zuurstof die vrijkomt gaat een reactie aan met het aluminium waardoor er aluminiumhydroxide geproduceerd wordt. Aluminiumhydroxide wordt de dag van vandaag gebruikt als grondstof voor de productie van aluminium. En dus kan van het aluminiumhydroxide terug aluminium gemaakt worden. En dus kan van dit nieuw proces het afvalproduct gerecycleerd worden tot de stof die als grondstof gebruikt kan worden. Bij het recyclageproces is er wel een bepaalde hoeveelheid energie vereist voordat men aluminium verkrijgt. Het is dus net alsof het aluminium opgeladen worden met een bepaalde hoeveelheid energie. Een deel van deze hoeveelheid energie kan dan op een later moment, aan de hand van deze technologie teruggewonnen worden.

Het proces waarbij er aluminium geproduceerd wordt aan de hand van aluminiumhydroxide wordt momenteel al op commerciële schaal gebruikt. Namelijk aangezien er jaarlijks miljoenen tonnen gebruikt worden om aluminium te produceren om er aluminium werkstukken en machine-onderdelen mee te maken. Maar om aan de voorwaarde van de waterstofeconomie te voldoen, mag er dus geen uitstoot van CO2 gepaard gaan met de productie van de vereiste energie voor het recyclage proces. Deze energie moet dus op een hernieuwbare manier opgewekt worden. Een mogelijkheid om dit te verwezenlijken is door het bouwen van een recyclage installatie en een windmolenpark en/of een installatie voor zonne-energie. Op deze manier is het nog niet onmiddellijk mogelijk om enkel gebruikt te maken van hernieuwbare energie. Maar afhankelijk van de grootte van het windmolenpark en/of de installatie van zonne-energie is het wel mogelijk om voor een aanzienlijk aandeel gebruik te maken van hernieuwbare energie. Wanneer de elektriciteit die geproduceerd wordt door de windmolens of door de zonnepanelen niet voldoende doen, kan er nog steeds elektriciteit van het net gebruikt worden.

Het materiaal, de 'op aluminium gebaseerde legering' is opgebouwd uit kleine korrels aluminium. En deze kleine korrels worden omringd door een legering die onder andere gallium, indium en tin bevat. Deze legering is vloeibaar op kamertemperatuur. En het aluminium lost dan op in deze vloeibare legering en dit zorgt ervoor dat het aluminium gaat reageren met het water en dat er zo waterstofgas geproduceerd wordt. In vorige technologieën waarbij er aluminium gebruikt wordt om waterstofgas te produceren wordt er poeder gebruikt in plaats van bulk van aluminium. En volgens de onderzoekers is het juist dit die ervoor zorgt dat deze technologie zou kunnen concurreren met de andere brandstoffen die gebruikt worden als energiebron in de transportsector. Tijdens de ontwikkeling van deze technologie was het een zeer belangrijk aspect om controle te hebben over de microscopische structuur van de aluminium korrels en over de samenstelling van de vloeibare legering waarin het aluminium opgelost wordt. Deze technologie is enkel mogelijk doordat er zich gallium bevindt tussen de aluminium korrels. Dit zorgt ervoor dat het aluminium beetje per beetje gaat oplossen. En enkel het opgeloste aluminium gaat reageren met het water. In totaal bevat het mengsel zo'n 90% aluminium en 10% van de vloeibare legering. En naast elektriciteit wordt er ook warmte geproduceerd. En dit kan men dus ook nog gaan gebruiken als thermische energie.

Door dit onderzoek is er een nieuwe technologie ontwikkeld die eerst en vooral zeer interessant is voor de productie van waterstofgas. Het geproduceerde waterstofgas kan gebruikt worden in de transportsector aangezien het ter plaatse kan geproduceerd worden. Dit zorgt dat dit een mogelijk alternatief vormt voor de fossiele brandstoffen, die nu de belangrijkste energiebron zijn voor de transportsector. En aangezien er geen nood is aan opslag en transport van het waterstofgas, kan deze een nuttig hulpmiddel zijn voor het opzetten van een waterstofeconomie.