Waterstofproductie door elektrolyse van water

Elektrolyse van water

Bij elektrolyse van water wordt een elektrische stroom door water gestuurd via twee elektroden van een inert materiaal, bijvoorbeeld roestvrij staal. Kraanwater is niet geschikt voor waterstofproductie. Een waterstoffabriek draait op zogenaamd demi-water, water waar alle mineralen uit zijn gehaald. Omdat dit water op zich de stroom niet goed geleidt wordt de geleiding wat verhoogd door er een ionenbron aan toe te voegen. De ionen kunnen worden geleverd door een zout, een base of een zuur. Een gebruikelijke zuurtoevoeging is bijvoorbeeld zwavelzuur; gebruikelijke basen zijn kalium en natrium hydroxide; gebruikelijke zouten zijn natriumzouten. Door de stroom wordt water ontleed in waterstof en zuurstof volgens de chemische reactie:

2 H₂0 → 2 H₂ + O₂

Waterstof ontstaat aan de kathode (negatieve elektrode) waarbij vier elektronen worden afgegeven om waterstof te vormen. Zuurstof ontstaat aan de anode (positieve elektrode) terwijl daar vier elektronen worden opgenomen om zuurstof te vormen. Omdat zuurstof en waterstof aan de elektroden ontstaan, kunnen ze daar gemakkelijk apart worden opgevangen.

De energiedichtheid van het opgeslagen waterstof is hoog 38 kWh/kg. Het rendement van de productie van waterstof varieert van 50 tot 80%. Met een brandstofcelrendement van 50% ligt het totale opslagrendement dan tussen de 25 en 40% wat relatief laag is. De energie nodig om de waterstof op te slaan is daarin nog niet meegenomen zodat het totale rendement lager zal uitvallen. Waterstof kan worden opgeslagen in drukcilinders, in metaalhydrides en bij lage temperatuur in vloeibare vorm.

Productie van waterstof

Behalve voor opslag kan waterstof ook dienen als grondstof voor productieprocessen. Onderstaand volgt een opsomming van activiteiten op gebied van waterstof, zowel voor opslag als voor gebruik als grondstof. De energieconcerns Eneco, RWE en Shell zijn van plan op de Noordzee windparken van 300 tot 500 MW te bouwen om groene waterstof te produceren. Shell wil de opgewekte groene elektriciteit van het windpark Hollandse Kust Noord, dat gedeeltelijk in handen is van Shell, gebruiken voor een grote fabriek van groene waterstof in Rotterdam, die in 2025 moeten gaan draaien. De fabriek moet dan jaarlijks 20.000 ton waterstof produceren. Ook Eneco gaat een groene waterstoffabriek met een vermogen van 800 MW bouwen in de haven van Rotterdam. De fabriek wordt in 2029 in gebruik wordt genomen. De elektriciteit voor de elektrolyse is afkomstig van zon- en windenergie. De productiecapaciteit wordt 80.000 ton waterstof per jaar, bestemd voor industriële afnemers. Het samenwerkingsverband H2 Hollandia wil een deel van de elektriciteit van het zonnepark Vloeivelden Hollandia in het Drentse Nieuw-Buinen gebruiken om jaarlijks 300 ton groene waterstof te maken met een 5 MW elektrolyser. Het bedrijf HyCC ontwikkelt elektrolyse projecten voor verschillende bedrijven. Met een 60 MW installatie wordt hernieuwbare methanol en biokerosine geproduceerd voor KLM. Voor Tata Steel wordt een 100 MW elektrolyser ontwikkeld voor duurzame staal productie. Voor de oliemaatschappij BP wordt een 250 MW elektrolyser ontwikkeld om groene waterstof te leveren. Het bedrijf VoltH2 gaat op industriële schaal, in Zeeland, groene waterstof produceren met stroom van windmolenparken op zee. De planning is om de fabrieken, elk met een vermogen van 25 MW, in 2025 in gebruik te nemen. In de jaren daarna worden de fabrieken uitgebreid tot 100 MW. In Amsterdam moet, in samenwerking met het havenbedrijf, de grootste groene waterstoffabriek van Europa, met een capaciteit van 500 MW, gerealiseerd worden. In de Verenigde Staten is een opslagsysteem in aanbouw met een vermogen van 220 MW waarbij de waterstof ondergronds wordt opgeslagen in zoutholtes met een totale capaciteit van 300.000 MWh. Dit systeem kan meer dan 1300 uur elektriciteit produceren met de opgeslagen waterstof [Volkskrant], [Wikipedia].

Opslag van waterstof

Vopak, HES International en Gasunie willen een terminal bouwen voor de opslag van groene ammoniak. De ammoniak wordt omgezet in waterstof die, via een pijpleiding van de Gasunie, naar de afnemers wordt vervoerd. De Gasunie werkt in Duitsland ook mee aan de ontwikkeling van een groot opslagsysteem voor waterstof in ondergrondse zoutcavernes [Volkskrant].