waterstof – Weblog Bernard Gerard

Waterstofmijnbouw (?)

De 43000^ste bezoeker
Bij elke keer dat mijn homepage weer duizend keer is aangeklikt, een artikel dat wat buiten de gangbare thema’s op deze website ligt.

Waterstof is op deze website vaker aan de orde geweest, maar nog geen waterstof die uit de grond komt of daaruit gehaald zou kunnen worden. Daarover dit verhaal.
Het zal een enerzijds-anderzijds verhaal worden, met nog vele onzekerheden. Het (?) staat er niet voor niets.

Waterstof
Waterstof is, tot nu toe, een uiterst gewenst halfproduct. Er kunnen auto’s op rijden (hoewel voor personenauto’s elektriciteit meer voor de hand ligt), er kan staal mee geproduceerd worden of kunstmest, het is nodig voor de fabricage van bijvoorbeeld Sustainable Aviation Fuel (SAF), men kan er hoge temperaturen mee bereiken in de industrie. Enzovoort.

Tegelijk komt waterstof op aarde niet in zuivere, laat staan winbare, vorm voor – dacht men tot voor nog betrekkelijk kort. Waterstof wordt gemaakt of uit aardgas, waarbij veel CO₂ vrijkomt – die men al dan niet onder de grond kan opslaan – of uit elektrolyse van water met behulp van groene stroom. De eerste herkomst is vuil, de tweede duur en ruimtevretend.
Omdat er, tot nu toe, bijna geen winning is, heet waterstof nog steeds een energiedrager en geen energiebron.

Geologische kaart van het betreffende deel van Mali (bron via onderstaande Harvardartikel)

Mali
In 1987 werd er in Bourakébougou in Mali naar water geboord. Toen dat op 108m diepte nog niet gevonden was, stopte men ermee. Maar er kwam een gasstroom uit de put en toe er iemand, met een sigaret in zijn mond, in de put keek deed het BOEM. De man overleefde, maar met brandwonden. Met veel moeite kreeg men een deksel op dit gat van de duivel en dat bleef erop tot de Malinese zakenman Diallo er in 2007 iets in zag. Het gat moest van vloek tot zegen worden. Het verhaal is te lezen in dit Scienceartikel dd 17 februari 2023, en in Harvardartikel 2023
In 2018 bepaalde het geraadpleegde Chapman Petroleum dat het gas voor 98% uit waterstof bestond – uitzonderlijk. De waterstof werd toegevoerd aan een omgebouwde Fordmotor en die leverde 30kW stroom aan het dorp.
Er blijkt een veld onder de regio te zitten, afgesloten met een laag ondoordringbaar vulkanisch materiaal. Het veld wordt inmiddels op meer plaatsen aangesproken en levert nog steeds.

Dit is het enerzijds: de aarde bevat geologische, ‘witte’ waterstof die in principe winbaar kan zijn. Het anderzijds is dat die winbaarheid op veel plaatsen gezocht wordt, maar nog nergens anders tot een commerciële exploitatie geleid heeft.

In 2018 werd het veld wetenschappelijk beschreven en sinds dat moment is de wetenschappelijke literatuur erover geëxplodeerd – in het Nederlands alleen in tijdschriften als het Technisch Weekblad en Scientias, en één artikel in het Algemeen Dagblad van 23 dec 2024.
Toen het ‘hot’ werd, realiseerde men zich dat er al veel eerder sporadische aanwijzingen gepubliceerd waren, maar dat daaraan toen weinig of geen aandacht besteed werd omdat de gedachte als te zot voor woorden beschouwd werd en/of dat men er toen niet wat mee kon.
Bijna alle literatuur is dan ook heel jong. Het recentste Wikipedialemma ‘Natural Hydrogen’ is dan ook (dd dit artikel) nog geen maand oud.

De natuurwetenschap
Dat in de aardkorst elementaire waterstof gevormd wordt (in principe zelfs heel veel) kan verklaard worden met gezonde natuurwetenschap. Genoemd Wikipedialemma https://en.wikipedia.org/wiki/Natural_hydrogen is voor de leek het meest toegankelijk. Dat noemt een ruime handvol oorzaken, waarvan (met de kennis van nu) ca 80% afkomstig is van wat men ‘serpentinisatie’ noemt, en het meeste van de rest van radiolyse.
Wikipedialemma zijn vaak goed.

Dat laatste eerst, want dat is snel uitgelegd: in de grond zitten radioactieve elementen als uranium en thorium, waarvan de uitgezonden alfadeeltjes naburige watermoleculen kapot stralen.

De serpentinisatie vraagt meer uitleg (hierna een apart hoofdje, ook al omdat dit proces voor eventuele waterstofvondsten in de Alpen en de Pyreneeën verantwoordelijk is).

Enerzijds is er dus een goede natuurwetenschappelijke basis voor een (grootschalige) productie van waterstof onder natuurlijke omstandigheden in de aardkorst. Anderzijds zijn er nog heel veel gaten in de kennis van wat er na de vorming met die waterstof gebeurt – en daarmee hoe winbaar die is. Ook een apart hoofdje.

Serpentinisatie
Een fundamenteel thema in de geologie is dat de gesteenten waaruit de aardmantel bestaat (vooral ijzer- en magnesiumsilicaat, even gemakshalve vereenvoudigd tot ‘olivijn’) bij de hoge temperatuur en druk op grote diepte stabiel zijn, maar dat ze instabiel zijn in de omstandigheden aan of nabij de oppervlakte. Ze reageren dan met aanwezige stoffen als bijvoorbeeld CO₂ en water. Dat ‘aan of nabij de oppervlakte komen’ is recent of voorbij vulkanisme.
Als dergelijke reacties traag en niet direct zichtbaar aan de oppervlakte optreden, noemt men het verwering (in dit geval chemisch). Het uiteindelijke eindresultaat van deze verweringsprocessen zijn stoffen als zand, klei en grind.

De reactie met CO₂ kan deze stof uit de atmosfeer halen. Dat gebeurt op geologische tijdschalen spontaan in de atmosfeer, en kan ook versneld door de mens gebeuren. (zie https://www.bjmgerard.nl/zeven-km3-olivijn-om-de-aarde-te-redden/ ). Daarover gaat het hier niet.

Serpentinisatie is een reactie van (vereenvoudigd) olivijn met water bij ca 200 – 350°C. Men kan dat zien als een soort intensieve verwering in de aardkorst. Eindproducten zijn een soort gesteente wat men serpentijn noemt, ijzerroest, kwarts en dus waterstofgas. De tot dan toe vrije moleculen water verdwijnen en eindigen in het serpentijn.
In de literatuur zijn voorbeeld-reactievergelijkingen te vinden.

( uit DOI: 10.1126/sciadv.adr3418 )

Een (ook weer) zeer recente studie “Rift-inversion orogens are potential hot spots for natural H2 generation” (19 febr 2025) brengt de vorming van waterstof door serpentinisatie nader in kaart ( DOI: 10.1126/sciadv.adr3418 ). De studie is van het Duitse GFZ Helmholtz Centrum voor Geowetenschappen. Het is een computerstudie op basis van vereenvoudigende aannames.

Eerstens moet het mantelgesteente (vereenvoudigd de olivijn) ondieper dan normaal liggen.
In eerste instantie gebeurt dat op spreidingslijnen (‘rifting zone’), waaruit later mid-oceanische ruggen voorkomen. Inderdaad maakt de opwellende magma daar contact met het zeewater en wordt er daar waterstof gevormd, maar op dat soort locaties kun je daar in praktijk niet wat mee.
Maar het openen en sluiten van een door ‘rifting zone’ gemaakte nieuwe zee blijkt soms cyclisch: na verloop van tijd stopt de rifting en na verloop van nog meer tijd keert de beweging om en wordt de oude ‘rifting zone’ ook weer dichtgedrukt. De geologische platen botsen uiteindelijk weer, waarbij er één plaat duikt maar en de andere, met mantel en al, omhoog gedrukt wordt. Dat gebeurt aan de oppervlakte met een hoop gefrommel en het proces heet gebergtevorming.
Het resultaat is, geschematiseerd, te zien in bovenstaande afbeelding.

Het kan gebeuren dat er een stuk oceaanbodem, met mantel en al, over de andere plaat heen geschoven wordt (bijvoorbeeld het Troödosgebergte op Cyprus, een van oudsher bekend mijnbouwgebied).

Tweedens moet er water bij de olivijn komen. Dat kan alleen als er geologische breuken in de ondergrond zitten, maar door al dat gefrommel is het aannemelijk dat dat gebeurt. De meeste waterstof ontwikkelt zich dan nabij die watervoerende breuk.

Ten derde moet de temperatuur tussen de ca 200 en 350°C zitten, want dan werkt het productieproces het beste.

Dat allemaal doorrekenende met hun computermodel, kwam het GFZ Helmholtz Centrum voor Geowetenschappen tot grote getallen. Zowel het computermodel met een looptijd van 55 miljoen jaar als dat met een looptijd van 75 miljoen jaar kwamen op een schatting van 60 miljoen kg per kilometer breuklijn per jaar. Het bracht de auteurs tot weidse vergezichten, waarbij de ontdekking van de olievoorkomens in Pennsylvania door Drake in 1859 niet onvermeld bleef.

Dat is het enerzijds.

Anderzijds zitten er veel onzekerheden in de Helmholtzstudie. In een terugblik op hun resultaten brengen de auteurs dan ook ‘nuances’ aan.
Serpentinisatie is een ingewikkeld proces met veel onzekerheden (wat de auteurs opgevangen hebben door met een ruime marge te werken).
Het is onduidelijk hoeveel water er feitelijk beschikbaar is en hoe de breuken zich in de loop van de tijd gedragen.
Een moeilijke kwestie is of de geproduceerde waterstof blijft bestaan. Waterstof is een reactief gas en kan na de vorming ook weer verbindingen aangaan (bijvoorbeeld met organisch materiaal tot olie of gas). Ook kan het worden opgevreten door micro-organismen (vandaar dat in het schema een 122°C-lijn staat – er is nog nooit een micro-organisme gedetecteerd dat dan nog leeft – hetgeen omgekeerd zou betekenen dat dicht onder die temperatuur nog wel actief zijn, een fascinerende gedachte).
En als de waterstof blijft bestaan, waar blijft die? Het is een heel klein molecuul dat moeilijk tegen te houden is. Net als bij aardgas is er een poreus reservoirgesteente nodig en een zelfs voor waterstof ondoordringbaar capgesteente. In het model zit slechts de aanname dat de sedimenten, die bovenop de botsende platen meegeslouwd worden, op een nog niet bepaalde manier in die functie kunnen voorzien.

Alpen en Pyreneeën
Een groot voordeel van de Helmholtz – studie is dat hij mogelijk interessante plekken beter vindbaar maakt (dus vooralsnog zonder garanties dat ze ècht interessant zijn).

De Pyreneeën zijn ontstaan doordat de Iberische plaat een oude rift zone omhoog geduwd heeft. In de westelijke Pyreneeën (uitsnede D op bovenstaande kaart) voldoet een deel van het omhoog gestuwde mantelgesteente aan de drie voorwaarden (olivijn, mogelijk wateraanvoerende breuken, juiste temperatuur). De zuidelijke plaat duikt scharnierend onder de noordelijke met de sterkste effecten in het westen van het gebergte.

De tectonische realiteit rond Italië en de Alpen ter plekke iets voor mensen die er echt verstand van hebben (ik niet). Er was open water in de voormalige Thetys Zee en er is een dichtgedrukt spreidingscentrum. De resten daarvan zorgen voor een mogelijk waterstofgebied langs uitsnede E.

Uitsnede F zegt dat er in principe misschien waterstof te vinden zou moeten zijn bij Ronda in Spanje.

Ter afsluiting wat politieke moraal bij het verhaal
Een paar afsluitende wijsheden. Preventief nadenken kan nooit kwaad.

De algemene stand van zaken rond theorie en praktijk van waterstofwinning is bij lange na nog niet van dien aard dat men zich nu al rijk kan rekenen. Het kan een hele of halve flop blijken. De bestaande inspanningen om aan groene waterstof te komen moeten worden voortgezet.
Mocht het tot waterstofmijnbouw komen, dan verdienen de sociale en milieuproblemen, die vaak met mijnbouw gepaard gaan, aandacht. Serpentinisatie leidt bijvoorbeeld tot uitzetting van gesteenten en een vraag is of je daar aan de oppervlakte iets van merkt. Projecten hoeven niet perse diep te liggen.
Vraag is of er gefract moet worden en zo ja, hoe en met wat
Niet onbelangrijk: de bestaande winning in Mali, en voor zover bekend de lopende onderzoeksprojecten, gaan uit van water dat er van nature al is. Het is denkbaar dat men de winning van waterstof in een olivijnveld wil gaan stimuleren door er water in te pompen dat dan niet meer terugkomt. Dit heeft zelfs al een naam: ‘oranje waterstof’.
Dat zou de belangenafweging dramatisch veranderen, bijvoorbeeld in een land als Mali dat voor een groot deel uit woestijn en savanne bestaat.

Eindhovense startup wil betere en goedkopere groene waterstofproductie

Op de foto (van AVOXT zelf) de twee topmensen Van Bakel (l) en Rademaker.

De Eindhovense startup AVOXT ( https://avoxt.com/ ) haalde onlangs het nieuws met de aankondiging dat men een betere elektrolyseopstelling wilde gaan bouwen op water te splitsen in (groene) waterstof en zuurstof. Groene waterstof heeft zeer veel toepassingen in de bijvoorbeeld chemische industrie, bij synthetische brandstoffen, in plastics.
Wat men met de zuurstof gaat doen, is niet bekend. Misschien gewoon laten ontsnappen.

Electrolysers bestaan al langer. Ze hebben allemaal een -pool (kathode) en een +pool (anode). Die hangen in het water dat gesplitst moet worden. Bij de kathode komt de waterstof vrij, aan de anode de zuurstof.
Het is de bedoeling dat die twee gassen niet in het water terug bij elkaar komen, want a geeft een zeer explosief mengsel. Daarom zit er tussen beide polen in de huidige electrolysers een membraan (PEM). Dat membraan heeft, naast genoemd voordeel, ook nadelen: er is platina en iridium voor nodig wat zeldzaam en duur is en mijnbouw vereist, de PEM’s moeten om de paar jaar vervangen worden, de membraan geeft extra stroomweerstand, en een gangbare electrolyser werkt het liefst steeds even hard – een nadeel als men bijvoorbeeld het wisselende aanbod van een windturbine wil volgen.

Deze afbeelding komt uit een publicatie in Cell uit 2017 en geeft alleen het basisbeginsel.De inrichting van AVOXT is gebaseerd op type B, maar sloopt het diafragma eruit en vervangt dat waarschijnlijk door een systeem dat met een alkalische oplossing de gassen er uit spoelt op wijze C of D. Dit is een theorie van mij, want AVOXT geeft er geen informatie over.
De publicatie is te vinden op https://www.cell.com/joule/fulltext/ .
Vraag is hoe zuiver je de waterstof op deze manier krijgt.

Bij AVOXT is een methode ontwikkeld om het zonder membraan te doen en om zelf ontwikkelde vermogenselektronica aan de beoogde nieuwe electrolysemodules te koppelen die het mogelijk maken om met fluctuerende stromen om te gaan. Die vermogenselektronica is gebaseerd op ideeën van de CERN, de kernonderzoekinrichting op de Zwitsers-Franse grens.

Het nieuwe procedé moet er toe leiden dat groene waterstof even duur wordt als ‘grijze’ (uit aardgas). Nu kost ‘grijze’ waterstof €2 a 3 per kg en groene €8 tot 12. Dat laatste moet dus terug kunnen naar €2 a 3 en mogelijk nog lager, als hoogspanningsbeheerder Tennet op een zonnige winderige dag geen idee heeft waar ze al die stroom moeten laten (nu geeft Tennet zelfs geld toe).
Verder gaat het rendement bij de membraanloze constructie omhoog.
Nu is voor 1kg waterstof 55kWh stroom nodig, dat kan omlaag naar 43kWh (het rendement van de omzetting van elektrische in chemische energie gaat omhoog van 72 naar 78%).

Wie er meer over lezen wil, kan terecht op www.change.inc/energie/elektrolyser-zonder-membraan-maakt-groene-waterstof-net-zo-goedkoop-als-grijze en op https://avoxt.com/benefits-of-the-avoxt-technology/ en op www.elektrolysermakersplatform.nl/avoxt-ontwikkelt-efficiente-en-duurzame-elektrolyser-technologie-met-innovatieve-vermogenselektronica .
Er is een informatief Youtubefilmje op https://youtu.be/_QpVYFxR0ow (over het beginsel en over de op dat moment bestaande initiatieven, nog niet over AVOXT)

Het lab van AVOXT

Nu is het afwachten of het allemaal gaat werken zoals bedoeld. Rademaker spreekt met groot zelfvertrouwen filmpjes in alsdat hij over vijf jaar over de hele wereld electrolysemachines gaat leveren, want zijn machine is de beste.
Maar vooralsnog is AVOXT een ontwikkellaboratorium waar zeven mensen werken en een proefmachine draait van 100W. Er zijn nogal wat opschalingsstappen nodig en voor elke startup strekt zich de Valley of Death uit (dat is als ze te groot worden voor het servet en te klein zijn voor het tafelkleed). En of ze opgekocht worden door een grotere jongen die er met het idee van door gaat.
Bovendien is er concurrentie, bijvoorbeeld van de onderneming CPH2 ( https://www.cph2.com/ ) die al langer bezig is via een andere route.
Meer zekerheid biedt de aankondiging dat AVOXT in 2026 zijn eerste opstelling wil hebben staan bij een windturbine in Veghel.

Hoe dan ook, het is een typisch product van het Brainport-ecosysteem. Rademaker heeft vijf jaar bij Philips gewerkt en 10 jaar bij een medische technologiebedrijf, Van Bakel heeft werktuigbouw gestudeerd aan de TU/e. Het bedrijf zit op de HighTech-campus en is bij de opstart geholpen door HighTechXL ( https://hightechxl.com/ ), waar AVOXT nog steeds in de portfolio zit.

Rademaker benadrukt zijn maatschappelijke betrokkenheid (‘kleinkinderen’) en meent dat ongetwijfeld. Desalniettemin is Brainport kapitalistisch (ook al is dat micro op progressieve wijze), en pakt dat voor die kleinkinderen macro niet goed uit.

In een notendop het spanningsveld van Brainport.

Roestbier

Warmte uit metaalpoeders
De TU/e doet research op het gebied van verbrandingsprocessen. Men probeert zowel bestaande brandstoffen schoner te maken en nieuwe, koolstofloze, brandstoffen te ontwikkelen.

Een researchtak die volwassen begint te worden is de warmteontwikkeling uit oxidatie van metalen, met voorop gewoon ijzer .
In alledaagse omstandigheden gaat de oxidatie van een ijzeren spijker traag en noemt men dat ‘roesten’. Maar als die spijker tot uiterst fijn poeder gemaakt wordt, gaat precies hetzelfde roestproces in fracties van seconden. Bij de intacte en de gemalen spijker komt dezelfde warmte vrij, alleen dus de ene keer in jaren en de andere keer in millisecondes.
Het fijne poeder, opgenomen in een luchtstroom, moet worden aangestoken en daarna houdt de verbranding zichzelf in stand. Niet anders dus dan bij een gasvlam. En zo’n ijzer-vlam kan richting de 2000°C gaan.

Het samenwerkingsverband van de TU/e in deze is Metalot op (toen nog) het Duurzaam Industrieterrein Cranendonck bij Nyrstar. Ik heb daarover eerder geschreven , zie www.bjmgerard.nl/?p=8667 .
Helaas heeft de stikstofuitspraak van de Raad van State nadien het bestemmingsplan onderuit gehaald waarop de verdere ontwikkeling van Metalot gebaseerd was (zie www.ed.nl/cranendonck-heeze-leende/duurzaam-industriepark-cranendonck-van-tafel-onderzoek-gaat-door~a3834a2f/ ). Nyrstar, een van de founders en beoogd leverancier van de grond, trok de stekker er uit. Metalot gaat nu slechts als researchproject verder ( www.metalot.nl/future-energy-lab/ ) verder. Dat is jammer.

Swinkels Family Brewers
Inmiddels was er een groep studenten die het proces door wilde ontwikkelen in een praktijksituatie, het Solid Team (www.tue.nl/en/our-university/community/solid/ ). Dat leidde tot een project bij Swinkels Family Brewers, in de volksmond bekend als Bavaria.
Het is een familiebedrijf . De huidige CEO Peer Swinkels is een bekwame ondernemer met een goed gevoel voor PR (vandaar de nieuwe naam, en de zevende familiegeneratie komt ook goed van pas)) en een groot netwerk in de regio.
Swinkels Family Brewers wil 100% circulair worden. Op de site staat een uitgebreide duurzaamheidsparagraaf ( https://swinkelsfamilybrewers.com/nl/mvo/ons-beleid.html ) en de feitelijke gedragingen in de regio spreken deze ambitie niet tegen. Daarnaast is het ook een goed en toekomstbestendig bedrijfsmodel.

Om bier te maken moet er ergens in het proces heel veel graan-halfproduct gekookt worden in hele grote ketels met water. Dat gebeurt nu met gas.
Hier kwamen de belangen bij elkaar. De studenten mochten een proefopstelling maken en die kon een klein deel van het gas vervangen.

Partners in Iron Fuel ( https://ironfuel.nl/ ) zijn de TU/e, Metalot, het Solid Team.. de EMGroup, Heat Power, Uniper, Shell en Pometon. Zoiets als het regionale bier-industriële complex.

Het proefproject kon starten en dat vroeg om een kleine plechtigheid in de vorm van een YouTube – filmpje. Op https://youtu.be/65bbHzirevI . Het publieksprogramma Energy Days van de TU/e (dat ik volg) presenteerde het op 29 oktober 2020 en zodoende kwam ik in contact.

vlnr Peer Swinkels (CEO van Swinkels Family Brewers, presentator Diederik Jekel, Gedeputeerde De Bie en verbrandingsprofessor de Goey . de Bie zit achter een fles met metallisch ijzer en een fles met Fe₂O₃ (gangbare ijzerroest)

Namens de studenten waren bij het feestje aanwezig Chan Botter en Lex Scheepers, namens de brouwerij Peer Swinkels en Martijn Junggeburth (manager duurzaamheid van Swinkels), directeur-bestuurder Maria van der Heijden van MVO Nederland voor een duurzame preek, en verbrandingsprofessor De Goey van de TU/e. Verder verscheen kwispelstaartend Eric de Bie, gedeputeerde van Energie, erfgoed en bestuurlijke vernieuwing namens het Forum voor de Demagogie, welke partij normaliter hel en verdoemenis preekt over klimaat en duurzaamheid, maar die hier toch niet wilde ontbreken bij een initiatief waar de provincie aan meebetaalt (en waar bier gemaakt wordt).

Het proefproject is een verbrandingsinstallatie van 100kW.
De hete verbrandingsgassen gaan door eerst een cycloon, die het grootste deel van het ijzerroestpoeder terugwint. Daarna verhitten de gassen de kookketels, waarna de afgekoelde gassen nog door een HEPA-filter gaan. Uiteindelijk wordt nagenoeg alle ijzer teruggewonnen.
Om alle aardgas te vervangen zou de installatie 150 keer zo groot moeten zijn – een minder dramatische opschaling dan men als leek zou denken. De eerstvolgende geplande opschaling gaat naar 1MW.
Er zijn in Nederland 125000 verbrandingsinstallaties. Die hadden de studenten allemaal in een databestand bekeken (zeiden ze).
Voor het verhaal zie ook https://teamsolid.org/metal-power/ .

Ijzerpoeder is als brandstof relatief zwaar. Het ligt dan ook voor de hand om het niet in lichte toepassingen (als bijvoorbeeld auto’s) te gebruiken. Maar zonder al teveel verbouwing zou men met ijzerpoeder ook een (voorheen) kolencentrale kunnen stoken. En er is ook interesse voor gebruik in schepen.

*De 100kW-installatie bij Swinkels Family Brewers*

De zwakke plek: waterstof en het proces andersom
De stap van metallisch ijzer naar ijzerroest (oxideren) is recht toe, recht aan. Er valt nog wel het nodige aan praktische dingetjes aan uit te zoeken, maar het principe werkt.

Het omgekeerde proces (reduceren) is een heel ander verhaal. Het filmpje van het studentenproject schenkt daar nauwelijks of geen aandacht aan, in de geest van ‘dat zoeken we nog wel uit’.

Als het koolstofvrij geregenereerd moet worden (roest terug naar ijzer), dan is waterstof het meest logische verhaal. In het filmpje doet men daar luchthartig over ‘die maken we wel uit overschotten van wind- en zonnestroom’ en ook de sites geven weinig informatie. Men veronderstelt gewoon dat er in 2030 genoeg waterstof is.

In de Iron Fuelgroep zit ook Niels Deen, professor of regeneration en die heeft bij een andere gelegenheid eens gezegd dat het totale ketenrendement van zonnepaneel tot warmteproductie nu ongeveer een kwart is. Dus voor elke 1Joule warmte bij Swinkels zou elders 4J zonnestroom geproduceerd moeten worden met waterstof als tussenproduct.

Chemisch kan de regeneratie het recht toe, recht aan als je genoeg waterstof hebt.
Wat je eigenlijk in dit proces doet, is dat je een soort variant bouwt van een hoogoven die geen cokes, maar waterstof gebruikt om de zuurstofatomen van het ijzererts af te trekken. Het verbrandingsproduct van de iron fuel is niet wezenlijk anders dan ijzererts.
Zo’n alternatieve hoogoven bestaat sinds kort in Zweden (zie oa http://www.fchea.org/in-transition/2019/11/25/hydrogen-in-the-iron-and-steel-industry ).

*Het Zweedse HYBRIT-project om staal te maken met waterstof (bron http://www.hybritdevelopment.com/ )*

Maar waterstofproductie op deze schaal vreet stroom. Als Tata de Zweedse technniek over zou nemen (of omgekeerd de Zweedse fabriek Tata Steel, waarover gesprekken gaande zijn), zouden alle bestaande windparken op de Noordzee alleen voor Tata moeten gaan draaien – zegt Tata.
De Zweden hebben waterkracht, maar in Nederland?
Elders op deze site staat een artikel over een TNO-studie die aantoonde dat alleen al het produceren van synthetische brandstof voor het lange afstands vrachtautoverkeer, de scheepvaart en de luchtvaart tot een verzesvoudiging van het Nederlandse elektriciteitsbudget leidt ( www.bjmgerard.nl/?p=13623 ).
Komen daar allerlei grote inrichtingen uit de industrie bij, dan ontploft het Nederlandse elektriciteitsbudget en dat is bij lange na niet binnen Nederland op te vangen. Het vraagt internationale productie en im- en export (net als nu).
Allerlei instanties zijn met allerlei mooie projecten rond waterstof bezig, maar voor het hoofdprobleem heb ik nog geen oplossing gezien. Ik zie nu al veel meer claims op groene waterstof dan er ooit binnen Nederland waargemaakt kunnen worden.

Openbaar waterstofnetwerk voorgesteld in Duitsland

Dit wordt een verhaal met een gemengde boodschap.
RWE heeft aangekondigd dat het, samen met andere ondernemingen, een publiek toegankelijk waterstofnet wil aanleggen tussen Lingen en Gelsenkirchen. Een persbericht van dit project Get H2 Nukleus is te vinden op https://www.group.rwe/presse/rwe-generation/2020-03-17-get-h2-nukleus-umfangreiche-co2-einsparungen .

En onderstaand verhaal is de vertaling van de site. Lingen ligt net over de Nederlandse grens. Het toeval wil overigens dat mijn vrouw en ik in de zomer daar de Emsradweg gefietst hebben, en die komt langs de kerncentrale in Lingen.

Men kan zijn opinies hebben over de rol van het grootkapitaal in het algemeen en RWE in het bijzonder, maar nieuws is nieuws en dat een grote onderneming als RWE heil ziet in een waterstofnet is belangrijk nieuws.

Eerst wat RWE zelf kwijt wil.

GET H2 Nucleus: aanzienlijke CO2-besparing door eerste, publiek toegankelijke, waterstofnetwerk

17 maart 2020, Lingen/Gelsenkirchen:

BP, Evonik, Nowega, OGE en RWE Generation ondertekenen een intentieverklaring voor de ontwikkeling van een waterstofnetwerk van Lingen tot Gelsenkirchen.
Met een lengte van ongeveer 130 kilometer verbindt het geplande netwerk de productie van groene H2 met industriële klanten in Nedersaksen en NRW.
Eerste waterstofnetwerk in een gereguleerd gebied met niet-discriminerende toegang voor derden en transparante prijzen.
Het doel van de industriële bedrijven is ervoor te zorgen dat het gereguleerde net en een elektrolyseapparaat tegen eind 2022 bedrijfsklaar zijn, om zo een belangrijke bijdrage te leveren aan een CO2-armere toekomst

Het eerste Duitse openbare waterstofnetwerk moet vanaf eind 2022 steeds meer groene waterstof (H2) leveren aan industriële bedrijven in Nedersaksen en NoordRijnland-Westfalen (NRW). BP, Evonik, Nowega, OGE en RWE Generation hebben nu een Memorandum van overeenstemming over de ontwikkeling van het GET H2 Nucleus-project getekend. Alle bedrijven zijn lid van het GET H2-initiatief.

Groene waterstof wordt beschouwd als de hoop voor de energieomslag. Het idee: Elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen wordt omgezet in waterstof en gebruikt als CO2-vrije energiebron gebruikt in de industrie en andere sectoren. Voor het transport van groene waterstof in Duitsland staat de uitbreiding van de bijbehorende infrastructuur centraal.

De groene waterstof wordt in Lingen, Nedersaksen, geproduceerd in een 100 MW-elektrolyse-installatie van RWE Generation die gevoed wordt met hernieuwbare energie. De grondstof wordt grotendeels via bestaande gasleidingen van de transportnetbeheerders Nowega en OGE (die zullen worden omgebouwd voor het transport van 100 procent waterstof), en via een deels nieuwe leiding van Evonik, getransporteerd naar industriële klanten zoals raffinaderijen en chemische complexen in Lingen, Marl en Gelsenkirchen. Net als bij elektriciteits- en gasnetwerken moet het waterstofnetwerk beschikbaar zijn voor elke producent, handelaar of consumenten op niet-discriminerende basis. Op deze manier is snelle en betrouwbare Integratie van latere waterstofprojecten mogelijk.

Met de oprichting van een dergelijke infrastructuur maken de projectpartners de weg vrij voor een duurzame nationale waterstofeconomie en voor Duits technologisch leiderschap op dit gebied. Vanuit het standpunt van de projectpartners is het nu belangrijk dat beleidsmakers de nodige wettelijke kaders scheppen investeringszekerheid te bieden en om ervoor te zorgen dat alle aan de waterstofprojecten deelnemende ondernemingen de productie van groene waterstof, en de bijbehorende infrastructuur, snel kunnen uitbreiden.

Met de bevoorrading van raffinaderijen en chemieparken begint de GET H2 Nucleus op de plaats waar groene waterstof het snelst kan bijdragen aan een CO2-armere toekomst. Deze bedrijven gebruiken nu al grote hoeveelheden waterstof in hun productieprocessen. Door over te schakelen op groene waterstof, verminderen ze hun CO2-uitstoot aanzienlijk. De ontwikkeling van een waterstofinfrastructuur op basis van van de bestaande gasinfrastructuur garandeert industriële klanten precies de leveringszekerheid waarvan zij afhankelijk zijn. In de toekomst zullen de bestaande opslagfaciliteiten in cavernes langs de pijpleiding aangehaakt worden om de leveringszekerheid verder vergroten. De productie van groene waterstof en de levering aan klanten moet liefst eind 2022 beginnen, op voorwaarde dat dit economisch verantwoord is en het politieke kaders het toestaan.

Achtergrond: H2-transport en de rol ervan in de Energiewende
Waterstof wordt in Duitsland en andere Europese landen al decennia in eigen netwerken getransporteerd. Tot nu toe gaat het echter om particuliere industriële netwerken zonder toegang voor derden.
De productie van groene waterstof uit wind- en zonne-energie maakt het mogelijk om hernieuwbare energie over lange afstanden te vervoeren, over een lange periode in grote hoeveelheden op te slaan, en om ze te gebruiken in sectoren die niet meteen te elektrificeren zijn. Daarom kunnen de productie van groene waterstof en de ontwikkeling van een waterstofinfrastructuur belangrijke stappen zijn in de richting van de klimaatdoelstellingen.

Nu het ‘maar’ in het verhaal.
Ik zie toch echt op de tekening het Kraftwerk Lingen staan.
Nu staan er in Lingen, vlak bij elkaar, twee Kraftwerke, het Kernkraftwerk Emsland, een gangbare PWR-reactor uit 1988 en Kraftwerk Emsland, een forse gascentrale. Beide kun je moeilijk groen noemen.
De tekening maakt niet duidelijk wat er precies bedoeld wordt.
Je kunt het negatief uitleggen in de zin dat de elektrolyse gewoon met stroom uit gas of uranium plaatsvindt (maar bij gas had men dan ook de gebruikelijke route kunnen volgen van steam reforming).
Je kunt het ook positief uitleggen dat het Gaskraftwerk slechts met een deel van zijn capaciteit in beeld is als er geen zon en wind is.

Hoe dan ook, het project had een veel interessantere voorganger die geen gebruik maakte van de twee Kraftwerke, maar het niet gehaald heeft (maar dat staat niet op de site van RWE).
Die voorganger heette Get H2 Lingen (maar dan zonder Nukleus). Dat verhaal is te vinden op www.get-h2.de/en/project-lingen/ . Daar staat:

GET H2 Lingen

Sectoren met groene waterstof aan elkaar koppelen

De voorloper van het GET H2 Nucleus project is GET H2 Lingen. In Emsland hebben acht GET H2 partners als eerste deelproject de ontwikkeling van een lokale waterstofinfrastructuur gepland, die de sectoren energie, industrie, transport en warmte langs de gehele waardeketen met elkaar verbindt.

Het concept verbindt een aantal elementen:

Elektriciteit uit hernieuwbare energie
Twee Power to Gas – installaties (elektrolyse) met een vermogen van 100 MW
Bestaande elektriciteits- en gasinfrastructuur met inbegrip van een eerste opslagfaciliteit in pijpleidingen
Een hoge-temperatuur-warmtepomp voor het gebruik van de afvalwarmte van elektrolyse als stadsverwarming
Een 60-MW gasturbine voor het opwekken van elektriciteit met 100 procent H2 (bedoeld voor als er geen zon en wind was – bg)
De bestaande infrastructuur voor vloeibare brandstoffen via een LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) opslag- en transportsysteem
Waterstof tankstations van de Stadtwerke Lingen

Groene H2 moest via de H2-infrastructuur beschikbaar worden gesteld aan klanten op het gebied van verkeer en vervoer, industrie en energie. De technologie, die tot nu toe in veel kleine R&D-faciliteiten is getest, moest op industriële schaal in een holistische aanpak klaar worden gemaakt voor serieproductie.

GET H2 Lingen had zich aangemeld voor de ideeënprijsvraag Reallabore der Energiewende van het Bondsministerie van Economische Zaken. Ondanks de positieve feedback voor het totale concept werd het project helaas niet gegund vanwege het noodzakelijke investeringsbedrag in het lage driecijferige miljoen.

Van roest naar ijzerpoeder: chemische opslag – proeffabriek in Cranendonck

De noodzaak van opslag
Wind en zon wisselen sterk. Er is behoefte aan opslagbuffers in allerlei soorten en maten. Daaraan wordt veel onderzoek gedaan, o.a. aan de TU/e .
Het kenmerk van alle energieopslag is dat er twee fasen zijn: een energierijke die kan leveren als er te weinig energie is, en een energiearme die energie op kan nemen als er teveel energie is. Dit beginsel kan op zeer uiteenlopende wijze vorm krijgen. Een voorbeeld is het oppompen van water van laag (energiearm) naar hoog (energierijk).
Dit gaat altijd met verliezen gepaard. Het kost meer energie om het reservoir te vullen dan er vrijkomt als het reservoir geleegd wordt. De verhouding tussen beide heet het cyclusrendement.

Ijzerpoeder als energierijke en roest als energiearme fase
IJzer brandt uitstekend als het maar heel fijn verdeeld is. Dat poeder is de energierijke fase. De vlam kan 1800°C halen. Op het eind is de energiearme fase bereikt en die heet ijzeroxide, in de volksmond roest. Het systeem is o.a. geschikt om hele hete stoom te maken, iets wat in de industrie vaak gevraagd wordt.
Als die roest weer kan worden teruggebracht naar ijzerpoeder, is er een opslagsysteem gecreëerd. En dat kan door er waterstof langs te leiden. En als die waterstof duurzaam is, is de buffer dat ook.

Waterstof
Nu is dit gemakkelijker gezegd dan gedaan.
Bijna alle waterstof op aarde wordt momenteel gemaakt uit aardgas en is dus niet duurzaam (de huidige waterstofauto’s zijn dat dus misschien ook niet). Duurzame waterstof kan ook gemaakt worden door water te splitsen in waterstof en zuurstof (hydrolyse). Dat is een oude, bekende techniek, die echter nog niet groot genoeg opgeschaald is. Daaraan wordt druk gewerkt, o.a. op de TU/e.
Als de hydrolyse plaatsvindt met stroomoverschotten van windturbines en zonneparken, is de ontstane waterstof wel duurzaam. Dat is een gewild goedje: iedereen wil in dezelfde duurzame waterstof-vijver vissen, terwijl die vijver er nog niet is.

Het cyclusrendement is nu ongeveer een kwart (4J zonnestroom wordt ongeveer 1J ijzerpoeder). Dat zegt prof. Deen, die aan het proces meewerkt.

Metalot, Cranendonck en de provincie Noord-Brabant
Op 04 februari 2019 maakte de provincie Noord-Brabant bekend dat ze 1,0 miljoen subsidie gaf ten behoeve van een proeffabriek. Die moet uiteindelijk komen op wat vroeger het Duurzaam Industrieterrein Cranendonck (DIC) heette, en nu Metalot (met een knipoog naar Chemelot dat nu zit op de plak van wat vroeger de DSM heette). DIC/Metalot ligt binnen het hek van de zinkfabriek Nyrstar in Budel-Dorplein (onderdeel van de gemeente Cranendonck).
Het moet een bescheiden proeffabriek worden van 100kW, die vooral het onderzoek dient.