Alweer eeen sprookje minder.
3-7-2024
Waterstof – een technische nachtmerrie
Alweer eeen sprookje minder.
Door Udo Pollmer.
Dit is deel 3 van een vijf-luik.
Nu Duitsland heeft besloten een einde te maken aan zijn kernenergie-industrie, kan het al zijn radioactief kernafval bewaren voor toekomstige generaties, omdat er geen centrales mogen worden geëxploiteerd om het te verwijderen. Nu moet er een nieuwe energiebron worden gevonden. De hype die nu door de media waart heet waterstof. De Duitse regering wil dat er een gigantische industrie ontstaat; Duitsland moet “wereldmarktleider” worden “in een absoluut essentiële technologie van de 21e eeuw: waterstoftechnologie”.1
Tot nu toe werd waterstof voornamelijk uit methaan geproduceerd. Maar hoe verstandig is het om waterstof uit aardgas te produceren om auto’s te tanken die ook op methaan kunnen rijden? Bij de elektrolyse van methaan ontstaan aanzienlijke hoeveelheden CO2 die niemand nodig heeft. Nu wordt de productie van waterstof uit water gevierd als het langverwachte geniale idee. Er is immers water genoeg. Als er energie nodig is, laat je waterstof gecontroleerd reageren met zuurstof uit de lucht in een brandstofcel. Dit produceert water – en elektriciteit. We gebruiken het om emissievrije elektrische auto’s aan te drijven en insectenfarms te verwarmen.
Maar het kost veel energie om water elektrolytisch te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Er schuilt een grote groene duivel in dit kleine detail: voor het splitsen is veel meer elektriciteit nodig dan de brandstofcel later genereert. Als je de technische verliezen meerekent, krijg je slechts een derde van de gebruikte energie terug.2 Vanuit ecologisch oogpunt is het waarschijnlijk beter om de open haard rechtstreeks met bankbiljetten te stoken.
Elektrolyse is alleen redelijk effectief als er zeer hoge temperaturen beschikbaar zijn. Moderne kerncentrales, zoals gesmoltenzout- of Dual-Fluid-reactoren met hun 700° tot 1000° C hete stoom, zouden optimale omstandigheden bieden voor elektrolyse bij hoge temperatuur. Zonder deze centrales is een energietransitie naar een waterstofeconomie hoe dan ook gedoemd te mislukken.3
Een technische nachtmerrie
De hindernissen voor elektrolyse bij hoge temperatuur om waterstof te produceren zijn hoog. Atoomwaterstof dringt de kathode binnen en vernietigt deze.4,5 Elementaire zuurstof lost op zijn beurt de coating op de anodes op.6,7 Corrosie neemt dramatisch toe bij hoge temperaturen, die essentieel zijn voor economische efficiëntie.8 Daarom wordt er koortsachtig onderzoek gedaan naar nieuwe elektrolysesystemen. De vaste oxide brandstofcel, die werkt als een omgekeerde brandstofcel, is het meest veelbelovend. Het succes is tot nu toe echter nogal bescheiden.9,10
Tot op heden wordt de fysica en chemie van de elektrodes niet volledig begrepen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat er zelfs “aanzienlijke hoeveelheden neutronen en alfadeeltjes” zijn gemeten in experimenten met elektroden. Het aantal neutronen vertienvoudigde ten opzichte van de achtergrondstraling. Het aantal alfadeeltjes verdubbelde.11 Het massaverlies bij de elektroden werd gecompenseerd door een gelijke hoeveelheid nieuw gevormde elementen. Natuurkundigen noemen dit spallatie.12,13 In dit verband moet ook elektrolyse bij hoge temperatuur worden onderzocht om te bepalen of radioactieve elementen worden geproduceerd door spallatie gevolgd door transmutatie.14,15
Spallatie
In de natuur is kosmische straling de belangrijkste oorzaak van spallatie. Deze bestaat voornamelijk uit zeer snelle, hoogenergetische protonen, die bij voorkeur afkomstig zijn van de zon. Wanneer de straling een atoom raakt, wordt het in stukken gescheurd. Hierdoor ontstaan nieuwe atomen, zogenaamde kosmogene nucliden. Als gevolg hiervan worden er in de bergen aanzienlijk meer producten van spallatie ingeademd dan aan zee. Met regen of stof bereiken deze nucliden de aarde. De vorming van nieuwe elementen door spallatie vindt plaats tot in de aardkorst. Daar worden de atomen die in rotsen en bodems voorkomen versplinterd. (Zie Mahlzeit van september 2023: Natuurkunde: verraderlijke isotopen)
Kunstmatige spallatie is het bombarderen van een zware atoomkern zoals lood met een zeer snel proton met behulp van technische middelen zoals deeltjesversnellers. Hierdoor valt de kern uit elkaar en worden er ongeveer 20-30 neutronen per atoom uitgeworpen. Deze neutronen zijn dan beschikbaar voor de productie van brandstof zoals uranium-233.
De transformatie van het ene element in het andere wordt transmutatie genoemd, bijvoorbeeld door spallatie met neutronen. Als hierdoor een onstabiele atoomkern ontstaat, vervalt deze in kleinere fragmenten. Anderzijds kunnen radioactieve elementen worden omgezet in stabiele atoomkernen. Medische radionucliden worden meestal ook verkregen door transmutatie. Wanneer bijvoorbeeld uranium-233 wordt geproduceerd uit thorium-232 door middel van een neutron, duurt het weken voordat de transmutatie door alle tussenstadia is voltooid.
De problemen van de waterstofeconomie beperken zich niet tot de elektroden.16 In de leidingen veroorzaakt het gas zogenaamde microscheurtjes, die de weg vrijmaken voor de minuscule waterstofmolecule om het materiaal binnen te dringen.17 Hierdoor wordt zelfs gehard roestvrij staal bros en vormt het dus een bron van gevaar.18 Onder mechanische spanning, zoals onvermijdelijk is bij de geplande uitbreiding van een landelijk distributienetwerk, bij hoge drukken zoals die nodig zijn om H2 over lange afstanden te transporteren en bij sterke temperatuurschommelingen, dringt waterstof des te sneller het metaal binnen.16,19
Brand zonder vlam
Ontploffing bij waterstofstation.
Bij lekken, bijvoorbeeld door verbrossing, bestaat er brandgevaar. Bij 4% waterstof in de lucht is er sprake van explosief oxywaterstof. Waterstofbranden verschillen van “gewone” branden: Wanneer benzine of diesel lekken, verzamelen ze zich in de buurt van de grond. Waterstof is het lichtste element en bij een lek verspreidt het gas zich snel naar boven. Zelfs een vonk statische elektriciteit van een vinger kan een explosie veroorzaken. De vlam brandt onzichtbaar en het is moeilijk om het eigenlijke “vuur” te lokaliseren.20 Volgens het veiligheidsinformatieblad is een “waterstraal ongeschikt om te blussen”, en bij “CO2-brandblussers bestaat het risico van elektrostatische oplading” – boem!
Dit gebeurde in de kerncentrale van Fukushima. Toen het koelsysteem het begaf door de tsunami, splitste de hitte de waterdamp in zuurstof en waterstof. Deze damp verzamelde zich onder de reactorkoepel. Toen deze explodeerde en het dak eraf blies, kwam de inhoud van de reactor via de lucht in zee terecht. Drie reactoren werden op deze manier vernietigd.21,22 Dit was geen geïsoleerd incident: de reactor van Three Mile Island (1979) werd opgeblazen door een waterstofexplosie, net als die van Tsjernobyl (1986).23,24 Daarnaast zijn er wereldwijd nog veel meer ernstige “incidenten”.25,26
De vaak genoemde 2.500°C is geenszins noodzakelijk voor de vorming van waterstof. In aanwezigheid van zirkonium, een metaal dat veel gebruikt wordt in reactoren, is 1.000°C voldoende.27-30 In Fukushima werden op deze manier tienduizenden kubieke meters H2 geproduceerd.21 Waterstofexplosies en kernsmeltingen zijn twee kanten van dezelfde medaille. De hoeveelheden die vrijkomen bij normaal bedrijf zijn minimaal en worden automatisch verwijderd met recombinatoren.31 Dankzij de nu erkende explosiviteit van H2-vorming bij een ongeval zijn de veiligheidseisen aangescherpt.
Een blik in de toekomst
Hoe valt dit dramatische scenario te rijmen met het feit dat waterstof al heel lang wordt gebruikt voor industriële syntheses zoals de productie van staal, benzine, kunstmest (ammoniak) en voedingsmiddelen zoals margarine? Duitsland heeft ook al waterstofpijpleidingen met een totale lengte van honderden kilometers, waarvan de oudste in 1938 is aangelegd. Men zou dus ervaring moeten hebben.
Deze moet echter niet worden overschat. Tot nu toe werd waterstof geproduceerd uit methaan, ruwe olie of steenkool door middel van stoomreforming. De productie en distributie van waterstof uit water ter vervanging van de bestaande gasindustrie, waarvan het pijpleidingennet meer dan een half miljoen kilometer lang is, is echter een heel andere dimensie.32
De weinige H2-pijpleidingen verbinden geselecteerde industriële bedrijven die gewend zijn gevaarlijke stoffen van categorie 1A te verwerken. Sommige van hun leidingen hebben een diameter van 11 centimeter.33 Het is niet bekend hoe hoog de leidingverliezen zijn. Waterstof levert de meeste energie in termen van massa, d.w.z. per kilo. Niemand moet zich hierdoor laten misleiden en geloven dat 1 liter waterstof ook meer energie levert dan een liter benzine. Het is precies omgekeerd: voor vloeibare of cryogene waterstof is drie keer zoveel volume nodig als voor benzine met dezelfde energie-inhoud.8 Daarom zijn grote buisdoorsneden en enorme tanks nodig.
Er zijn leidingen nodig met een doorsnee van minstens 60 cm die geschikt zijn voor gecomprimeerde, vloeibare of cryogecomprimeerde waterstof. In het laatste geval hebben we het over temperaturen van min 250 °C en drukken tot 1000 bar.34,35 De industrie richt zich nu op deze cryocompressie, een mengsel van vloeibaar en gasvormig H2 als superkritische vloeistof, ook om het over lange afstanden over land te kunnen transporteren.
Gecryocompresseerde waterstof moet altijd extreem worden gekoeld. Als de temperatuur stijgt, neemt de druk toe en kan de pijp exploderen. De vereiste isolatie kan alleen worden bereikt met vacuümbuizen – zoals bij thermosflessen – of nauwkeuriger met hoogvacuümbuizen. Als deze ook maar op één punt defect zijn en er lucht binnendringt, bestaat er ook explosiegevaar.
Niet meer helemaal dicht
Het ministerie van Onderzoek wil Duitsland uitgebreid bedekken met pijpleidingen en een uitgebreid distributienetwerk: “Een waterstofkernnetwerk van meer dan 11.000 kilometer lang moet … tegen 2032 alle grote waterstofopslagpunten met alle grote verbruikers verbinden. Bovendien moet het netwerk van waterstoftankstations uitgebreid worden.”36
Voor dit ambitieuze doel moeten oude aardgaspijpleidingen worden gebruikt.
Ook al is het aantal defecten aan gasleidingen sinds 1990 met 90% teruggelopen, aldus de branchevereniging DVGW37 , heeft de gasindustrie nog steeds te kampen met methaanlekken aan haar infrastructuur: “De exploitanten … zijn zich soms onvoldoende bewust van bestaande lekken”, klaagt de Deutsche Umwelthilfe op basis van eigen metingen.38 Bovendien gaan aardgasleidingen na verloop van tijd schimmelen. Om het vuil uit de leidingen te verwijderen, worden ze regelmatig van pigges voorzien. Waterstof moet echter extreem zuiver zijn voor brandstofcellen.
Vergeleken met het minuscule waterstof is methaan een enorme molecule en daardoor materiaaltechnisch goed beheersbaar. Door dit verschil in grootte is het praktisch onmogelijk om waterstof in aardgasnetwerken te transporteren, tenzij de leidingen van tevoren worden opgegraven en bekleed met een kunststof – een kunststof waar politici de oorlog aan hebben verklaard: kunststof op basis van fluorkoolwaterstoffen.39 Om de lekkage uit aardgasleidingen te vertragen, zeggen energiebeleidsmakers dat ze het zuivere gas niet moeten transporteren, maar het gas eerst moeten mengen met methaan of zuurstof. Maar dan moet het voor gebruik grondig worden gezuiverd van de additieven. Dit kost extra energie.
Willekeurige maatstaven
De risico’s van het transport van waterstof in aardgasleidingen kunnen worden geminimaliseerd als de moeizaam geproduceerde waterstof met veel energie wordt omgezet in ammoniak. Het proces vereist hoge temperaturen van 300-550°C en druk van 200-350 bar.40 Op de plaats van bestemming wordt het weer gesplitst in waterstof door kraken, wat energie-intensief is. Ook hier is een grondige zuivering nodig om brandstofcellen te kunnen gebruiken.
De milieubeweging roept op tot de productie van ammoniak voor het transport van waterstof, maar verzet er zich tegelijkertijd heftig tegen wanneer ammoniak wordt gebruikt als stikstofmeststof voor broodtarwe of aardappelen. Het energieverbruik voor de productie ervan is onverantwoord hoog, één procent van alle “broeikasgassen” wereldwijd wordt veroorzaakt door de productie van stikstofmest.41 Toch dankt de mensheid een aanzienlijk deel van zijn voedselvoorziening aan deze meststof. Het Federaal Milieuagentschap heeft een verplichte waarschuwing uitgevaardigd: ammoniak brengt “de humane gezondheid” in gevaar en schaadt “planten en ecosystemen”.42 Dan zou het waarschijnlijk beter zijn om in plaats daarvan voedertarwe voor de varkenstrog te oogsten, want daar is minder stikstof voor nodig.
Schip ahoy!
In ontnuchterende bewoordingen zegt het industrieblad electrified het volgende: “Traditionele aardgaspijpleidingen zijn niet dicht genoeg, zodat grote hoeveelheden waterstof over afstand verloren zouden gaan. Als waterstof wordt gemengd met aardgas, wat de verliezen zou verminderen, kan het later wanneer het gebruikt moet worden, moeilijk weer worden gescheiden. Pijpleidingen voor waterstof onder druk zullen waarschijnlijk pas in het volgende decennium beschikbaar komen. Het waterstofgas bij Duitse waterstoftankstations komt daarom momenteel meestal per vrachtwagen. Dit is niet erg efficiënt … Een aanzienlijke vloot brandstofcelauto’s kan op deze manier niet worden bijgetankt.”43
Omdat Duitsland te weinig waterstof produceert, zal het binnen afzienbare tijd het grootste deel moeten importeren. Transport per schip is in principe mogelijk, maar volgens de experts is het “nog jaren verwijderd van een gevestigde, commerciële en betrouwbare methode voor grote hoeveelheden waterstof”.35 Het gas moet eerst gecomprimeerd en afgekoeld worden, om bij -253°C vloeibaar gemaakt te worden. De energie die nodig is om het gas samen te persen tot -253°C moet worden gebruikt om de waterstof te produceren. De energie die nodig is voor het comprimeren tot 700 bar bedraagt ongeveer 12% van de energie-inhoud van het gas, en nog eens 20 % voor het vloeibaar maken
De noodzaak om vloeibare waterstof op zeer lage temperaturen te houden tijdens opslag, transport en behandeling kost opnieuw energie en verhoogt de infrastructuurkosten – bijvoorbeeld voor cryogene opslagtanks, pijpleidingen en andere apparatuur. Bovendien zijn er aanzienlijke Boil-off-verliezen als er tijdens het transport gas ontstaat. Dit moet uit de tanks verwijdert worden om te voorkomen dat ze barsten door overdruk. Na de aanlanding wordt de waterstof verwarmd en weer omgezet in gasvorm, waarvoor opnieuw energie nodig is.34,35
Niet alleen kerncentrales ontploffen door waterstof, ook gewone H2-tankstations kunnen door knalgas vernietigd worden. Dit gebeurde in Noorwegen omdat er – volgens de verklaring – een schroefje los zat.44 Een onderzoek door de Duitse TÜV laat zien hoe betrouwbaar de veiligheidsnormen zijn. Het resultaat: “Ruim één op de vijf tankstations vertoont significante gebreken”.45 Bij ongelukken met waterstofauto’s zijn reddingsmaatregelen een uitdaging vanwege de drukcontainer. De hulpdiensten kunnen zich niet beschermen tegen de drukgolf in tunnels. Zij vragen zich af hoe “mensen gered en branden effectief bestreden kunnen worden?”46 De eenvoudigste oplossing zou zijn om deze voertuigen te verbieden om door tunnels te rijden en om ondergrondse parkeergarages en veerboten te gebruiken.
Winderige “vuurtorenprojecten“
Waterstof zou eigenlijk de opslagproblemen moeten oplossen die worden veroorzaakt door overtollige energie van wind en zon. Deze wekken niet altijd elektriciteit op wanneer dat nodig is, en op andere momenten leveren ze te veel van het goede. Volgens de theorie zou waterstof dan kunnen worden geproduceerd uit water met behulp van elektrolyse bij hoge temperatuur in plaats van overtollige elektriciteit aan buurlanden te schenken.
Grotere hoeveelheden kunnen alleen worden opgeslagen in ondergrondse grotten. De waterstof wordt gecomprimeerd voor opslag. Wanneer het gas uit de opslag wordt gehaald, moet het worden gezuiverd omdat er andere stoffen zoals zwavelverbindingen en koolwaterstoffen uit het gesteente vrijkomen. Het opgeslagen gas absorbeert ook water totdat het verzadigd is. Dit moet ook volledig worden verwijderd voor gebruik. Dan zijn er nog micro-organismen die hun energie uit waterstof halen. Ze zijn blij met een gedekte tafel, wat een snelle voortplanting bevordert. In plaats van geurloos gas is er dan stinkend bacterieslijm. Bovendien zijn er verliezen door uitwaseming via scheuren in het gesteente.39
De vooruitzichten voor dit type energieopslag zijn dus somber. Waarom zou anders het Duitse “vuurtorenproject” onder hogetemperatuurelektrolyse-installaties, genaamd “Westküste 100”, eind 2023 geluidloos ten grave zijn gedragen?47 De bestaande offshore windturbines zouden herhaaldelijk overtollige energie bijgestuurd hebben.
Omdat “decarbonisatie” met waterstof uit water een eclatante mislukking dreigt te worden, reageert de Europese industrie op de komende energiecrisis door nieuwe aardgasvelden in de Noordzee aan te boren.48,49 Om de politiek gewenste waterstof tenminste per stoomreforming te produceren, is veel aardgas nodig. Zelfs de milieuscene wordt bedenkelijk: als H2 uit “fossiel aardgas” een essentiële pijler moet zijn voor “het opvoeren van de waterstof-economie”, dan gaat er iets heel erg mis: dit zou niet alleen “verwoestend” zijn voor de natuur, dan zou de decarbonisatie pas goed kooldioxide produceren.50
Zelfs Greenpeace heeft nu door dat er iets mis is:
“Voor het splitsen van water gebruiken we … elektriciteit van elektriciteitscentrales die gestookt worden met aardgas. En door de efficiëntie-verliezen in energiecentrale en elektrolysers hebben we in feite ongeveer drie keer zoveel aardgas nodig als wanneer de fossiele brandstof rechtstreeks in de gasturbine zou zijn gestookt zonder in waterstof te zijn omgezet.” 51
De technische vooruitgang biedt ons tenminste een lichtpuntje aan de horizon. Met een nieuw proces, plasmapyrolyse, kan waterstof veel economischer worden geproduceerd voor technische doeleinden, zij het uit aardgas: daarbij wordt methaan met behulp van versnelde elektronen afgebroken. Met behulp van plasmapyrolyse kan uit methaan ongeveer 3,3 kWh waterstof worden geproduceerd uit één kWh elektriciteit. Helaas kan met dezelfde hoeveelheid energie slechts 0,6 kWh waterstof worden geproduceerd uit water. Bovendien wordt er geen kooldioxide geproduceerd, maar koolstof (zogenaamde “turkse” waterstof).52
Nieuwe dwaasheden
De volgende klucht staat al te gebeuren. Er zijn niet alleen microben die waterstof verteren, maar ook microben die waterstof produceren, zogenaamde oxywaterstofbacteriën.53,54 Het eerste bedrijf denkt er al over om bacillen en hun voedingsoplossing ondergronds te pompen, zoals bij fracking, om het gas via een ander boorgat te winnen.55
Genetische manipulatie zou de bacillen nog een duwtje in de rug kunnen geven. Aangezien ze zich voeden met suikers, aminozuren en vetzuren, zou zich een nieuw idee voor het klimaatbewuste huishouden aandienen: Waterstof in herbruikbare flessen gemaakt van gefermenteerd biologisch voedsel met een ecolabel. Overigens: knalgasbacteriën leven ook in menselijke darmen …
Als het doek valt
Om de staalfabrieken in het Ruhrgebied “koolstofvrij” te maken, kreeg Thyssen-Krupp subsidie van de overheid voor de aanleg van een 4 km lange waterstofpijpleiding. Nu klaagt het bedrijf over voortdurende verliezen die het dwingen om de productie te verlagen. De poging om de staaldivisie te verkopen is mislukt. Het klaagt over “gebrek aan vraag”.56 Omdat energie extreem duur is geworden in Duitsland en tot astronomische hoogten zal stijgen als gevolg van de waterstoftransitie, is economische productie onmogelijk. Geen wonder dat energie-intensieve industrieën naar het buitenland verhuizen?57
Wiesbaden.
In Wiesbaden nam het openbaar vervoerbedrijf 10 waterstofbussen in gebruik. De vreugde over de geslaagde eco-coup duurde niet lang: “Dure waterstof avontuur eindigt na slechts een jaar” schreef de pers. Eerst belandden de voertuigen in het depot en nu moeten ze doorverkocht worden. Een hoofdstad “zoals het zingt en lacht” heeft al toegeslagen. Ook het nieuwe tankstation (dat ongeveer € 2 miljoen kost) verhuist met de bussen mee, trouw aan de slogan “Mainzer Narren steh’n zusammen”.
In Koblenz aan de snelweg A 61 gaat het enige waterstoftankstation in Rijnland-Palts dicht. Het is niet winstgevend, ondanks subsidies. Een andere reden is de “verouderende technologie”, die uit 2017 stamt. Het materiaal moet het blijkbaar afleggen tegen de agressieve waterstof en wordt broos.58
Hoewel de verzekeringssector lokale waterstoffabrieken verzekert, is deze terughoudend om grootschalige netwerkprojecten voor de productie van waterstof uit water te verzekeren. Terwijl de conventionele methode om waterstof uit methaan te produceren alleen onschadelijk kooldioxide produceert, komt er bij de elektrolyse van water juist zuurstof vrij.
“Een algemene procesfout, waarschuwt Swiss Re, “waarbij de waterstof- en zuurstofstromen zich vermengen, wat kan leiden tot een veel grotere brand of explosie” dan een pure waterstoframp.59
Alweer eeen sprookje minder.
Door Udo Pollmer.
Dit is deel 3 van een vijf-luik.
Nu Duitsland heeft besloten een einde te maken aan zijn kernenergie-industrie, kan het al zijn radioactief kernafval bewaren voor toekomstige generaties, omdat er geen centrales mogen worden geëxploiteerd om het te verwijderen. Nu moet er een nieuwe energiebron worden gevonden. De hype die nu door de media waart heet waterstof. De Duitse regering wil dat er een gigantische industrie ontstaat; Duitsland moet “wereldmarktleider” worden “in een absoluut essentiële technologie van de 21e eeuw: waterstoftechnologie”.1
Tot nu toe werd waterstof voornamelijk uit methaan geproduceerd. Maar hoe verstandig is het om waterstof uit aardgas te produceren om auto’s te tanken die ook op methaan kunnen rijden? Bij de elektrolyse van methaan ontstaan aanzienlijke hoeveelheden CO2 die niemand nodig heeft. Nu wordt de productie van waterstof uit water gevierd als het langverwachte geniale idee. Er is immers water genoeg. Als er energie nodig is, laat je waterstof gecontroleerd reageren met zuurstof uit de lucht in een brandstofcel. Dit produceert water – en elektriciteit. We gebruiken het om emissievrije elektrische auto’s aan te drijven en insectenfarms te verwarmen.
Maar het kost veel energie om water elektrolytisch te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Er schuilt een grote groene duivel in dit kleine detail: voor het splitsen is veel meer elektriciteit nodig dan de brandstofcel later genereert. Als je de technische verliezen meerekent, krijg je slechts een derde van de gebruikte energie terug.2 Vanuit ecologisch oogpunt is het waarschijnlijk beter om de open haard rechtstreeks met bankbiljetten te stoken.
Elektrolyse is alleen redelijk effectief als er zeer hoge temperaturen beschikbaar zijn. Moderne kerncentrales, zoals gesmoltenzout- of Dual-Fluid-reactoren met hun 700° tot 1000° C hete stoom, zouden optimale omstandigheden bieden voor elektrolyse bij hoge temperatuur. Zonder deze centrales is een energietransitie naar een waterstofeconomie hoe dan ook gedoemd te mislukken.3
Een technische nachtmerrie
De hindernissen voor elektrolyse bij hoge temperatuur om waterstof te produceren zijn hoog. Atoomwaterstof dringt de kathode binnen en vernietigt deze.4,5 Elementaire zuurstof lost op zijn beurt de coating op de anodes op.6,7 Corrosie neemt dramatisch toe bij hoge temperaturen, die essentieel zijn voor economische efficiëntie.8 Daarom wordt er koortsachtig onderzoek gedaan naar nieuwe elektrolysesystemen. De vaste oxide brandstofcel, die werkt als een omgekeerde brandstofcel, is het meest veelbelovend. Het succes is tot nu toe echter nogal bescheiden.9,10
Tot op heden wordt de fysica en chemie van de elektrodes niet volledig begrepen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat er zelfs “aanzienlijke hoeveelheden neutronen en alfadeeltjes” zijn gemeten in experimenten met elektroden. Het aantal neutronen vertienvoudigde ten opzichte van de achtergrondstraling. Het aantal alfadeeltjes verdubbelde.11 Het massaverlies bij de elektroden werd gecompenseerd door een gelijke hoeveelheid nieuw gevormde elementen. Natuurkundigen noemen dit spallatie.12,13 In dit verband moet ook elektrolyse bij hoge temperatuur worden onderzocht om te bepalen of radioactieve elementen worden geproduceerd door spallatie gevolgd door transmutatie.14,15
Spallatie
In de natuur is kosmische straling de belangrijkste oorzaak van spallatie. Deze bestaat voornamelijk uit zeer snelle, hoogenergetische protonen, die bij voorkeur afkomstig zijn van de zon. Wanneer de straling een atoom raakt, wordt het in stukken gescheurd. Hierdoor ontstaan nieuwe atomen, zogenaamde kosmogene nucliden. Als gevolg hiervan worden er in de bergen aanzienlijk meer producten van spallatie ingeademd dan aan zee. Met regen of stof bereiken deze nucliden de aarde. De vorming van nieuwe elementen door spallatie vindt plaats tot in de aardkorst. Daar worden de atomen die in rotsen en bodems voorkomen versplinterd. (Zie Mahlzeit van september 2023: Natuurkunde: verraderlijke isotopen)
Kunstmatige spallatie is het bombarderen van een zware atoomkern zoals lood met een zeer snel proton met behulp van technische middelen zoals deeltjesversnellers. Hierdoor valt de kern uit elkaar en worden er ongeveer 20-30 neutronen per atoom uitgeworpen. Deze neutronen zijn dan beschikbaar voor de productie van brandstof zoals uranium-233.
De transformatie van het ene element in het andere wordt transmutatie genoemd, bijvoorbeeld door spallatie met neutronen. Als hierdoor een onstabiele atoomkern ontstaat, vervalt deze in kleinere fragmenten. Anderzijds kunnen radioactieve elementen worden omgezet in stabiele atoomkernen. Medische radionucliden worden meestal ook verkregen door transmutatie. Wanneer bijvoorbeeld uranium-233 wordt geproduceerd uit thorium-232 door middel van een neutron, duurt het weken voordat de transmutatie door alle tussenstadia is voltooid.
De problemen van de waterstofeconomie beperken zich niet tot de elektroden.16 In de leidingen veroorzaakt het gas zogenaamde microscheurtjes, die de weg vrijmaken voor de minuscule waterstofmolecule om het materiaal binnen te dringen.17 Hierdoor wordt zelfs gehard roestvrij staal bros en vormt het dus een bron van gevaar.18 Onder mechanische spanning, zoals onvermijdelijk is bij de geplande uitbreiding van een landelijk distributienetwerk, bij hoge drukken zoals die nodig zijn om H2 over lange afstanden te transporteren en bij sterke temperatuurschommelingen, dringt waterstof des te sneller het metaal binnen.16,19
Brand zonder vlam
Ontploffing bij waterstofstation.
Bij lekken, bijvoorbeeld door verbrossing, bestaat er brandgevaar. Bij 4% waterstof in de lucht is er sprake van explosief oxywaterstof. Waterstofbranden verschillen van “gewone” branden: Wanneer benzine of diesel lekken, verzamelen ze zich in de buurt van de grond. Waterstof is het lichtste element en bij een lek verspreidt het gas zich snel naar boven. Zelfs een vonk statische elektriciteit van een vinger kan een explosie veroorzaken. De vlam brandt onzichtbaar en het is moeilijk om het eigenlijke “vuur” te lokaliseren.20 Volgens het veiligheidsinformatieblad is een “waterstraal ongeschikt om te blussen”, en bij “CO2-brandblussers bestaat het risico van elektrostatische oplading” – boem!
Dit gebeurde in de kerncentrale van Fukushima. Toen het koelsysteem het begaf door de tsunami, splitste de hitte de waterdamp in zuurstof en waterstof. Deze damp verzamelde zich onder de reactorkoepel. Toen deze explodeerde en het dak eraf blies, kwam de inhoud van de reactor via de lucht in zee terecht. Drie reactoren werden op deze manier vernietigd.21,22 Dit was geen geïsoleerd incident: de reactor van Three Mile Island (1979) werd opgeblazen door een waterstofexplosie, net als die van Tsjernobyl (1986).23,24 Daarnaast zijn er wereldwijd nog veel meer ernstige “incidenten”.25,26
De vaak genoemde 2.500°C is geenszins noodzakelijk voor de vorming van waterstof. In aanwezigheid van zirkonium, een metaal dat veel gebruikt wordt in reactoren, is 1.000°C voldoende.27-30 In Fukushima werden op deze manier tienduizenden kubieke meters H2 geproduceerd.21 Waterstofexplosies en kernsmeltingen zijn twee kanten van dezelfde medaille. De hoeveelheden die vrijkomen bij normaal bedrijf zijn minimaal en worden automatisch verwijderd met recombinatoren.31 Dankzij de nu erkende explosiviteit van H2-vorming bij een ongeval zijn de veiligheidseisen aangescherpt.
Een blik in de toekomst
Hoe valt dit dramatische scenario te rijmen met het feit dat waterstof al heel lang wordt gebruikt voor industriële syntheses zoals de productie van staal, benzine, kunstmest (ammoniak) en voedingsmiddelen zoals margarine? Duitsland heeft ook al waterstofpijpleidingen met een totale lengte van honderden kilometers, waarvan de oudste in 1938 is aangelegd. Men zou dus ervaring moeten hebben.
Deze moet echter niet worden overschat. Tot nu toe werd waterstof geproduceerd uit methaan, ruwe olie of steenkool door middel van stoomreforming. De productie en distributie van waterstof uit water ter vervanging van de bestaande gasindustrie, waarvan het pijpleidingennet meer dan een half miljoen kilometer lang is, is echter een heel andere dimensie.32
De weinige H2-pijpleidingen verbinden geselecteerde industriële bedrijven die gewend zijn gevaarlijke stoffen van categorie 1A te verwerken. Sommige van hun leidingen hebben een diameter van 11 centimeter.33 Het is niet bekend hoe hoog de leidingverliezen zijn. Waterstof levert de meeste energie in termen van massa, d.w.z. per kilo. Niemand moet zich hierdoor laten misleiden en geloven dat 1 liter waterstof ook meer energie levert dan een liter benzine. Het is precies omgekeerd: voor vloeibare of cryogene waterstof is drie keer zoveel volume nodig als voor benzine met dezelfde energie-inhoud.8 Daarom zijn grote buisdoorsneden en enorme tanks nodig.
Er zijn leidingen nodig met een doorsnee van minstens 60 cm die geschikt zijn voor gecomprimeerde, vloeibare of cryogecomprimeerde waterstof. In het laatste geval hebben we het over temperaturen van min 250 °C en drukken tot 1000 bar.34,35 De industrie richt zich nu op deze cryocompressie, een mengsel van vloeibaar en gasvormig H2 als superkritische vloeistof, ook om het over lange afstanden over land te kunnen transporteren.
Gecryocompresseerde waterstof moet altijd extreem worden gekoeld. Als de temperatuur stijgt, neemt de druk toe en kan de pijp exploderen. De vereiste isolatie kan alleen worden bereikt met vacuümbuizen – zoals bij thermosflessen – of nauwkeuriger met hoogvacuümbuizen. Als deze ook maar op één punt defect zijn en er lucht binnendringt, bestaat er ook explosiegevaar.
Niet meer helemaal dicht
Het ministerie van Onderzoek wil Duitsland uitgebreid bedekken met pijpleidingen en een uitgebreid distributienetwerk: “Een waterstofkernnetwerk van meer dan 11.000 kilometer lang moet … tegen 2032 alle grote waterstofopslagpunten met alle grote verbruikers verbinden. Bovendien moet het netwerk van waterstoftankstations uitgebreid worden.”36
Voor dit ambitieuze doel moeten oude aardgaspijpleidingen worden gebruikt.
Ook al is het aantal defecten aan gasleidingen sinds 1990 met 90% teruggelopen, aldus de branchevereniging DVGW37 , heeft de gasindustrie nog steeds te kampen met methaanlekken aan haar infrastructuur: “De exploitanten … zijn zich soms onvoldoende bewust van bestaande lekken”, klaagt de Deutsche Umwelthilfe op basis van eigen metingen.38 Bovendien gaan aardgasleidingen na verloop van tijd schimmelen. Om het vuil uit de leidingen te verwijderen, worden ze regelmatig van pigges voorzien. Waterstof moet echter extreem zuiver zijn voor brandstofcellen.
Vergeleken met het minuscule waterstof is methaan een enorme molecule en daardoor materiaaltechnisch goed beheersbaar. Door dit verschil in grootte is het praktisch onmogelijk om waterstof in aardgasnetwerken te transporteren, tenzij de leidingen van tevoren worden opgegraven en bekleed met een kunststof – een kunststof waar politici de oorlog aan hebben verklaard: kunststof op basis van fluorkoolwaterstoffen.39 Om de lekkage uit aardgasleidingen te vertragen, zeggen energiebeleidsmakers dat ze het zuivere gas niet moeten transporteren, maar het gas eerst moeten mengen met methaan of zuurstof. Maar dan moet het voor gebruik grondig worden gezuiverd van de additieven. Dit kost extra energie.
Willekeurige maatstaven
De risico’s van het transport van waterstof in aardgasleidingen kunnen worden geminimaliseerd als de moeizaam geproduceerde waterstof met veel energie wordt omgezet in ammoniak. Het proces vereist hoge temperaturen van 300-550°C en druk van 200-350 bar.40 Op de plaats van bestemming wordt het weer gesplitst in waterstof door kraken, wat energie-intensief is. Ook hier is een grondige zuivering nodig om brandstofcellen te kunnen gebruiken.
De milieubeweging roept op tot de productie van ammoniak voor het transport van waterstof, maar verzet er zich tegelijkertijd heftig tegen wanneer ammoniak wordt gebruikt als stikstofmeststof voor broodtarwe of aardappelen. Het energieverbruik voor de productie ervan is onverantwoord hoog, één procent van alle “broeikasgassen” wereldwijd wordt veroorzaakt door de productie van stikstofmest.41 Toch dankt de mensheid een aanzienlijk deel van zijn voedselvoorziening aan deze meststof. Het Federaal Milieuagentschap heeft een verplichte waarschuwing uitgevaardigd: ammoniak brengt “de humane gezondheid” in gevaar en schaadt “planten en ecosystemen”.42 Dan zou het waarschijnlijk beter zijn om in plaats daarvan voedertarwe voor de varkenstrog te oogsten, want daar is minder stikstof voor nodig.
Schip ahoy!
In ontnuchterende bewoordingen zegt het industrieblad electrified het volgende: “Traditionele aardgaspijpleidingen zijn niet dicht genoeg, zodat grote hoeveelheden waterstof over afstand verloren zouden gaan. Als waterstof wordt gemengd met aardgas, wat de verliezen zou verminderen, kan het later wanneer het gebruikt moet worden, moeilijk weer worden gescheiden. Pijpleidingen voor waterstof onder druk zullen waarschijnlijk pas in het volgende decennium beschikbaar komen. Het waterstofgas bij Duitse waterstoftankstations komt daarom momenteel meestal per vrachtwagen. Dit is niet erg efficiënt … Een aanzienlijke vloot brandstofcelauto’s kan op deze manier niet worden bijgetankt.”43
Omdat Duitsland te weinig waterstof produceert, zal het binnen afzienbare tijd het grootste deel moeten importeren. Transport per schip is in principe mogelijk, maar volgens de experts is het “nog jaren verwijderd van een gevestigde, commerciële en betrouwbare methode voor grote hoeveelheden waterstof”.35 Het gas moet eerst gecomprimeerd en afgekoeld worden, om bij -253°C vloeibaar gemaakt te worden. De energie die nodig is om het gas samen te persen tot -253°C moet worden gebruikt om de waterstof te produceren. De energie die nodig is voor het comprimeren tot 700 bar bedraagt ongeveer 12% van de energie-inhoud van het gas, en nog eens 20 % voor het vloeibaar maken
De noodzaak om vloeibare waterstof op zeer lage temperaturen te houden tijdens opslag, transport en behandeling kost opnieuw energie en verhoogt de infrastructuurkosten – bijvoorbeeld voor cryogene opslagtanks, pijpleidingen en andere apparatuur. Bovendien zijn er aanzienlijke Boil-off-verliezen als er tijdens het transport gas ontstaat. Dit moet uit de tanks verwijdert worden om te voorkomen dat ze barsten door overdruk. Na de aanlanding wordt de waterstof verwarmd en weer omgezet in gasvorm, waarvoor opnieuw energie nodig is.34,35
Niet alleen kerncentrales ontploffen door waterstof, ook gewone H2-tankstations kunnen door knalgas vernietigd worden. Dit gebeurde in Noorwegen omdat er – volgens de verklaring – een schroefje los zat.44 Een onderzoek door de Duitse TÜV laat zien hoe betrouwbaar de veiligheidsnormen zijn. Het resultaat: “Ruim één op de vijf tankstations vertoont significante gebreken”.45 Bij ongelukken met waterstofauto’s zijn reddingsmaatregelen een uitdaging vanwege de drukcontainer. De hulpdiensten kunnen zich niet beschermen tegen de drukgolf in tunnels. Zij vragen zich af hoe “mensen gered en branden effectief bestreden kunnen worden?”46 De eenvoudigste oplossing zou zijn om deze voertuigen te verbieden om door tunnels te rijden en om ondergrondse parkeergarages en veerboten te gebruiken.
Winderige “vuurtorenprojecten“
Waterstof zou eigenlijk de opslagproblemen moeten oplossen die worden veroorzaakt door overtollige energie van wind en zon. Deze wekken niet altijd elektriciteit op wanneer dat nodig is, en op andere momenten leveren ze te veel van het goede. Volgens de theorie zou waterstof dan kunnen worden geproduceerd uit water met behulp van elektrolyse bij hoge temperatuur in plaats van overtollige elektriciteit aan buurlanden te schenken.
Grotere hoeveelheden kunnen alleen worden opgeslagen in ondergrondse grotten. De waterstof wordt gecomprimeerd voor opslag. Wanneer het gas uit de opslag wordt gehaald, moet het worden gezuiverd omdat er andere stoffen zoals zwavelverbindingen en koolwaterstoffen uit het gesteente vrijkomen. Het opgeslagen gas absorbeert ook water totdat het verzadigd is. Dit moet ook volledig worden verwijderd voor gebruik. Dan zijn er nog micro-organismen die hun energie uit waterstof halen. Ze zijn blij met een gedekte tafel, wat een snelle voortplanting bevordert. In plaats van geurloos gas is er dan stinkend bacterieslijm. Bovendien zijn er verliezen door uitwaseming via scheuren in het gesteente.39
De vooruitzichten voor dit type energieopslag zijn dus somber. Waarom zou anders het Duitse “vuurtorenproject” onder hogetemperatuurelektrolyse-installaties, genaamd “Westküste 100”, eind 2023 geluidloos ten grave zijn gedragen?47 De bestaande offshore windturbines zouden herhaaldelijk overtollige energie bijgestuurd hebben.
Omdat “decarbonisatie” met waterstof uit water een eclatante mislukking dreigt te worden, reageert de Europese industrie op de komende energiecrisis door nieuwe aardgasvelden in de Noordzee aan te boren.48,49 Om de politiek gewenste waterstof tenminste per stoomreforming te produceren, is veel aardgas nodig. Zelfs de milieuscene wordt bedenkelijk: als H2 uit “fossiel aardgas” een essentiële pijler moet zijn voor “het opvoeren van de waterstof-economie”, dan gaat er iets heel erg mis: dit zou niet alleen “verwoestend” zijn voor de natuur, dan zou de decarbonisatie pas goed kooldioxide produceren.50
Zelfs Greenpeace heeft nu door dat er iets mis is:
“Voor het splitsen van water gebruiken we … elektriciteit van elektriciteitscentrales die gestookt worden met aardgas. En door de efficiëntie-verliezen in energiecentrale en elektrolysers hebben we in feite ongeveer drie keer zoveel aardgas nodig als wanneer de fossiele brandstof rechtstreeks in de gasturbine zou zijn gestookt zonder in waterstof te zijn omgezet.” 51
De technische vooruitgang biedt ons tenminste een lichtpuntje aan de horizon. Met een nieuw proces, plasmapyrolyse, kan waterstof veel economischer worden geproduceerd voor technische doeleinden, zij het uit aardgas: daarbij wordt methaan met behulp van versnelde elektronen afgebroken. Met behulp van plasmapyrolyse kan uit methaan ongeveer 3,3 kWh waterstof worden geproduceerd uit één kWh elektriciteit. Helaas kan met dezelfde hoeveelheid energie slechts 0,6 kWh waterstof worden geproduceerd uit water. Bovendien wordt er geen kooldioxide geproduceerd, maar koolstof (zogenaamde “turkse” waterstof).52
Nieuwe dwaasheden
De volgende klucht staat al te gebeuren. Er zijn niet alleen microben die waterstof verteren, maar ook microben die waterstof produceren, zogenaamde oxywaterstofbacteriën.53,54 Het eerste bedrijf denkt er al over om bacillen en hun voedingsoplossing ondergronds te pompen, zoals bij fracking, om het gas via een ander boorgat te winnen.55
Genetische manipulatie zou de bacillen nog een duwtje in de rug kunnen geven. Aangezien ze zich voeden met suikers, aminozuren en vetzuren, zou zich een nieuw idee voor het klimaatbewuste huishouden aandienen: Waterstof in herbruikbare flessen gemaakt van gefermenteerd biologisch voedsel met een ecolabel. Overigens: knalgasbacteriën leven ook in menselijke darmen …
Als het doek valt
Om de staalfabrieken in het Ruhrgebied “koolstofvrij” te maken, kreeg Thyssen-Krupp subsidie van de overheid voor de aanleg van een 4 km lange waterstofpijpleiding. Nu klaagt het bedrijf over voortdurende verliezen die het dwingen om de productie te verlagen. De poging om de staaldivisie te verkopen is mislukt. Het klaagt over “gebrek aan vraag”.56 Omdat energie extreem duur is geworden in Duitsland en tot astronomische hoogten zal stijgen als gevolg van de waterstoftransitie, is economische productie onmogelijk. Geen wonder dat energie-intensieve industrieën naar het buitenland verhuizen?57
Wiesbaden.
In Wiesbaden nam het openbaar vervoerbedrijf 10 waterstofbussen in gebruik. De vreugde over de geslaagde eco-coup duurde niet lang: “Dure waterstof avontuur eindigt na slechts een jaar” schreef de pers. Eerst belandden de voertuigen in het depot en nu moeten ze doorverkocht worden. Een hoofdstad “zoals het zingt en lacht” heeft al toegeslagen. Ook het nieuwe tankstation (dat ongeveer € 2 miljoen kost) verhuist met de bussen mee, trouw aan de slogan “Mainzer Narren steh’n zusammen”.
In Koblenz aan de snelweg A 61 gaat het enige waterstoftankstation in Rijnland-Palts dicht. Het is niet winstgevend, ondanks subsidies. Een andere reden is de “verouderende technologie”, die uit 2017 stamt. Het materiaal moet het blijkbaar afleggen tegen de agressieve waterstof en wordt broos.58
Hoewel de verzekeringssector lokale waterstoffabrieken verzekert, is deze terughoudend om grootschalige netwerkprojecten voor de productie van waterstof uit water te verzekeren. Terwijl de conventionele methode om waterstof uit methaan te produceren alleen onschadelijk kooldioxide produceert, komt er bij de elektrolyse van water juist zuurstof vrij.
“Een algemene procesfout, waarschuwt Swiss Re, “waarbij de waterstof- en zuurstofstromen zich vermengen, wat kan leiden tot een veel grotere brand of explosie” dan een pure waterstoframp.59
De kernfysicus Manfred Haferburg windt er geen doekjes om: “Groene waterstof”, d.w.z. uit water, “is een energietransitieproject waarvan de tijd- en reikwijdteplannen van de overheid worden gekenmerkt door grootheidswaan, almachtsfantasieën en fysisch-economisch dilettantisme. Zelfs de Staatsplanologische Commissie van de DDR zou het niet aangedurfd hebben om met zulke onzin naar buiten te komen.”60
Zijn collega Hans Hofmann-Reinecke: “Ik twijfel er niet aan. Dit wordt de laatste akte in het drama dat bekend staat als De Energietransitie, een tragedie die wordt gekenmerkt door moedwillige blindheid voor de economische realiteit, gedreven door ideologie en dogmatisme, verstoken van logica en professionalisme. En met dit laatste applaus zal het succesverhaal van de Duitse industrie eindigen – “Niet met een knal, maar met een gejammer.”2
Alweer eeen sprookje minder.
Door Udo Pollmer.
Dit is deel 3 van een vijf-luik.
Nu Duitsland heeft besloten een einde te maken aan zijn kernenergie-industrie, kan het al zijn radioactief kernafval bewaren voor toekomstige generaties, omdat er geen centrales mogen worden geëxploiteerd om het te verwijderen. Nu moet er een nieuwe energiebron worden gevonden. De hype die nu door de media waart heet waterstof. De Duitse regering wil dat er een gigantische industrie ontstaat; Duitsland moet “wereldmarktleider” worden “in een absoluut essentiële technologie van de 21e eeuw: waterstoftechnologie”.1
Tot nu toe werd waterstof voornamelijk uit methaan geproduceerd. Maar hoe verstandig is het om waterstof uit aardgas te produceren om auto’s te tanken die ook op methaan kunnen rijden? Bij de elektrolyse van methaan ontstaan aanzienlijke hoeveelheden CO2 die niemand nodig heeft. Nu wordt de productie van waterstof uit water gevierd als het langverwachte geniale idee. Er is immers water genoeg. Als er energie nodig is, laat je waterstof gecontroleerd reageren met zuurstof uit de lucht in een brandstofcel. Dit produceert water – en elektriciteit. We gebruiken het om emissievrije elektrische auto’s aan te drijven en insectenfarms te verwarmen.
Maar het kost veel energie om water elektrolytisch te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Er schuilt een grote groene duivel in dit kleine detail: voor het splitsen is veel meer elektriciteit nodig dan de brandstofcel later genereert. Als je de technische verliezen meerekent, krijg je slechts een derde van de gebruikte energie terug.2 Vanuit ecologisch oogpunt is het waarschijnlijk beter om de open haard rechtstreeks met bankbiljetten te stoken.
Elektrolyse is alleen redelijk effectief als er zeer hoge temperaturen beschikbaar zijn. Moderne kerncentrales, zoals gesmoltenzout- of Dual-Fluid-reactoren met hun 700° tot 1000° C hete stoom, zouden optimale omstandigheden bieden voor elektrolyse bij hoge temperatuur. Zonder deze centrales is een energietransitie naar een waterstofeconomie hoe dan ook gedoemd te mislukken.3
Een technische nachtmerrie
De hindernissen voor elektrolyse bij hoge temperatuur om waterstof te produceren zijn hoog. Atoomwaterstof dringt de kathode binnen en vernietigt deze.4,5 Elementaire zuurstof lost op zijn beurt de coating op de anodes op.6,7 Corrosie neemt dramatisch toe bij hoge temperaturen, die essentieel zijn voor economische efficiëntie.8 Daarom wordt er koortsachtig onderzoek gedaan naar nieuwe elektrolysesystemen. De vaste oxide brandstofcel, die werkt als een omgekeerde brandstofcel, is het meest veelbelovend. Het succes is tot nu toe echter nogal bescheiden.9,10
Tot op heden wordt de fysica en chemie van de elektrodes niet volledig begrepen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat er zelfs “aanzienlijke hoeveelheden neutronen en alfadeeltjes” zijn gemeten in experimenten met elektroden. Het aantal neutronen vertienvoudigde ten opzichte van de achtergrondstraling. Het aantal alfadeeltjes verdubbelde.11 Het massaverlies bij de elektroden werd gecompenseerd door een gelijke hoeveelheid nieuw gevormde elementen. Natuurkundigen noemen dit spallatie.12,13 In dit verband moet ook elektrolyse bij hoge temperatuur worden onderzocht om te bepalen of radioactieve elementen worden geproduceerd door spallatie gevolgd door transmutatie.14,15
Spallatie
In de natuur is kosmische straling de belangrijkste oorzaak van spallatie. Deze bestaat voornamelijk uit zeer snelle, hoogenergetische protonen, die bij voorkeur afkomstig zijn van de zon. Wanneer de straling een atoom raakt, wordt het in stukken gescheurd. Hierdoor ontstaan nieuwe atomen, zogenaamde kosmogene nucliden. Als gevolg hiervan worden er in de bergen aanzienlijk meer producten van spallatie ingeademd dan aan zee. Met regen of stof bereiken deze nucliden de aarde. De vorming van nieuwe elementen door spallatie vindt plaats tot in de aardkorst. Daar worden de atomen die in rotsen en bodems voorkomen versplinterd. (Zie Mahlzeit van september 2023: Natuurkunde: verraderlijke isotopen)
Kunstmatige spallatie is het bombarderen van een zware atoomkern zoals lood met een zeer snel proton met behulp van technische middelen zoals deeltjesversnellers. Hierdoor valt de kern uit elkaar en worden er ongeveer 20-30 neutronen per atoom uitgeworpen. Deze neutronen zijn dan beschikbaar voor de productie van brandstof zoals uranium-233.
De transformatie van het ene element in het andere wordt transmutatie genoemd, bijvoorbeeld door spallatie met neutronen. Als hierdoor een onstabiele atoomkern ontstaat, vervalt deze in kleinere fragmenten. Anderzijds kunnen radioactieve elementen worden omgezet in stabiele atoomkernen. Medische radionucliden worden meestal ook verkregen door transmutatie. Wanneer bijvoorbeeld uranium-233 wordt geproduceerd uit thorium-232 door middel van een neutron, duurt het weken voordat de transmutatie door alle tussenstadia is voltooid.
De problemen van de waterstofeconomie beperken zich niet tot de elektroden.16 In de leidingen veroorzaakt het gas zogenaamde microscheurtjes, die de weg vrijmaken voor de minuscule waterstofmolecule om het materiaal binnen te dringen.17 Hierdoor wordt zelfs gehard roestvrij staal bros en vormt het dus een bron van gevaar.18 Onder mechanische spanning, zoals onvermijdelijk is bij de geplande uitbreiding van een landelijk distributienetwerk, bij hoge drukken zoals die nodig zijn om H2 over lange afstanden te transporteren en bij sterke temperatuurschommelingen, dringt waterstof des te sneller het metaal binnen.16,19
Brand zonder vlam
Ontploffing bij waterstofstation.
Bij lekken, bijvoorbeeld door verbrossing, bestaat er brandgevaar. Bij 4% waterstof in de lucht is er sprake van explosief oxywaterstof. Waterstofbranden verschillen van “gewone” branden: Wanneer benzine of diesel lekken, verzamelen ze zich in de buurt van de grond. Waterstof is het lichtste element en bij een lek verspreidt het gas zich snel naar boven. Zelfs een vonk statische elektriciteit van een vinger kan een explosie veroorzaken. De vlam brandt onzichtbaar en het is moeilijk om het eigenlijke “vuur” te lokaliseren.20 Volgens het veiligheidsinformatieblad is een “waterstraal ongeschikt om te blussen”, en bij “CO2-brandblussers bestaat het risico van elektrostatische oplading” – boem!
Dit gebeurde in de kerncentrale van Fukushima. Toen het koelsysteem het begaf door de tsunami, splitste de hitte de waterdamp in zuurstof en waterstof. Deze damp verzamelde zich onder de reactorkoepel. Toen deze explodeerde en het dak eraf blies, kwam de inhoud van de reactor via de lucht in zee terecht. Drie reactoren werden op deze manier vernietigd.21,22 Dit was geen geïsoleerd incident: de reactor van Three Mile Island (1979) werd opgeblazen door een waterstofexplosie, net als die van Tsjernobyl (1986).23,24 Daarnaast zijn er wereldwijd nog veel meer ernstige “incidenten”.25,26
De vaak genoemde 2.500°C is geenszins noodzakelijk voor de vorming van waterstof. In aanwezigheid van zirkonium, een metaal dat veel gebruikt wordt in reactoren, is 1.000°C voldoende.27-30 In Fukushima werden op deze manier tienduizenden kubieke meters H2 geproduceerd.21 Waterstofexplosies en kernsmeltingen zijn twee kanten van dezelfde medaille. De hoeveelheden die vrijkomen bij normaal bedrijf zijn minimaal en worden automatisch verwijderd met recombinatoren.31 Dankzij de nu erkende explosiviteit van H2-vorming bij een ongeval zijn de veiligheidseisen aangescherpt.
Een blik in de toekomst
Hoe valt dit dramatische scenario te rijmen met het feit dat waterstof al heel lang wordt gebruikt voor industriële syntheses zoals de productie van staal, benzine, kunstmest (ammoniak) en voedingsmiddelen zoals margarine? Duitsland heeft ook al waterstofpijpleidingen met een totale lengte van honderden kilometers, waarvan de oudste in 1938 is aangelegd. Men zou dus ervaring moeten hebben.
Deze moet echter niet worden overschat. Tot nu toe werd waterstof geproduceerd uit methaan, ruwe olie of steenkool door middel van stoomreforming. De productie en distributie van waterstof uit water ter vervanging van de bestaande gasindustrie, waarvan het pijpleidingennet meer dan een half miljoen kilometer lang is, is echter een heel andere dimensie.32
De weinige H2-pijpleidingen verbinden geselecteerde industriële bedrijven die gewend zijn gevaarlijke stoffen van categorie 1A te verwerken. Sommige van hun leidingen hebben een diameter van 11 centimeter.33 Het is niet bekend hoe hoog de leidingverliezen zijn. Waterstof levert de meeste energie in termen van massa, d.w.z. per kilo. Niemand moet zich hierdoor laten misleiden en geloven dat 1 liter waterstof ook meer energie levert dan een liter benzine. Het is precies omgekeerd: voor vloeibare of cryogene waterstof is drie keer zoveel volume nodig als voor benzine met dezelfde energie-inhoud.8 Daarom zijn grote buisdoorsneden en enorme tanks nodig.
Er zijn leidingen nodig met een doorsnee van minstens 60 cm die geschikt zijn voor gecomprimeerde, vloeibare of cryogecomprimeerde waterstof. In het laatste geval hebben we het over temperaturen van min 250 °C en drukken tot 1000 bar.34,35 De industrie richt zich nu op deze cryocompressie, een mengsel van vloeibaar en gasvormig H2 als superkritische vloeistof, ook om het over lange afstanden over land te kunnen transporteren.
Gecryocompresseerde waterstof moet altijd extreem worden gekoeld. Als de temperatuur stijgt, neemt de druk toe en kan de pijp exploderen. De vereiste isolatie kan alleen worden bereikt met vacuümbuizen – zoals bij thermosflessen – of nauwkeuriger met hoogvacuümbuizen. Als deze ook maar op één punt defect zijn en er lucht binnendringt, bestaat er ook explosiegevaar.
Niet meer helemaal dicht
Het ministerie van Onderzoek wil Duitsland uitgebreid bedekken met pijpleidingen en een uitgebreid distributienetwerk: “Een waterstofkernnetwerk van meer dan 11.000 kilometer lang moet … tegen 2032 alle grote waterstofopslagpunten met alle grote verbruikers verbinden. Bovendien moet het netwerk van waterstoftankstations uitgebreid worden.”36
Voor dit ambitieuze doel moeten oude aardgaspijpleidingen worden gebruikt.
Ook al is het aantal defecten aan gasleidingen sinds 1990 met 90% teruggelopen, aldus de branchevereniging DVGW37 , heeft de gasindustrie nog steeds te kampen met methaanlekken aan haar infrastructuur: “De exploitanten … zijn zich soms onvoldoende bewust van bestaande lekken”, klaagt de Deutsche Umwelthilfe op basis van eigen metingen.38 Bovendien gaan aardgasleidingen na verloop van tijd schimmelen. Om het vuil uit de leidingen te verwijderen, worden ze regelmatig van pigges voorzien. Waterstof moet echter extreem zuiver zijn voor brandstofcellen.
Vergeleken met het minuscule waterstof is methaan een enorme molecule en daardoor materiaaltechnisch goed beheersbaar. Door dit verschil in grootte is het praktisch onmogelijk om waterstof in aardgasnetwerken te transporteren, tenzij de leidingen van tevoren worden opgegraven en bekleed met een kunststof – een kunststof waar politici de oorlog aan hebben verklaard: kunststof op basis van fluorkoolwaterstoffen.39 Om de lekkage uit aardgasleidingen te vertragen, zeggen energiebeleidsmakers dat ze het zuivere gas niet moeten transporteren, maar het gas eerst moeten mengen met methaan of zuurstof. Maar dan moet het voor gebruik grondig worden gezuiverd van de additieven. Dit kost extra energie.
Willekeurige maatstaven
De risico’s van het transport van waterstof in aardgasleidingen kunnen worden geminimaliseerd als de moeizaam geproduceerde waterstof met veel energie wordt omgezet in ammoniak. Het proces vereist hoge temperaturen van 300-550°C en druk van 200-350 bar.40 Op de plaats van bestemming wordt het weer gesplitst in waterstof door kraken, wat energie-intensief is. Ook hier is een grondige zuivering nodig om brandstofcellen te kunnen gebruiken.
De milieubeweging roept op tot de productie van ammoniak voor het transport van waterstof, maar verzet er zich tegelijkertijd heftig tegen wanneer ammoniak wordt gebruikt als stikstofmeststof voor broodtarwe of aardappelen. Het energieverbruik voor de productie ervan is onverantwoord hoog, één procent van alle “broeikasgassen” wereldwijd wordt veroorzaakt door de productie van stikstofmest.41 Toch dankt de mensheid een aanzienlijk deel van zijn voedselvoorziening aan deze meststof. Het Federaal Milieuagentschap heeft een verplichte waarschuwing uitgevaardigd: ammoniak brengt “de humane gezondheid” in gevaar en schaadt “planten en ecosystemen”.42 Dan zou het waarschijnlijk beter zijn om in plaats daarvan voedertarwe voor de varkenstrog te oogsten, want daar is minder stikstof voor nodig.
Schip ahoy!
In ontnuchterende bewoordingen zegt het industrieblad electrified het volgende: “Traditionele aardgaspijpleidingen zijn niet dicht genoeg, zodat grote hoeveelheden waterstof over afstand verloren zouden gaan. Als waterstof wordt gemengd met aardgas, wat de verliezen zou verminderen, kan het later wanneer het gebruikt moet worden, moeilijk weer worden gescheiden. Pijpleidingen voor waterstof onder druk zullen waarschijnlijk pas in het volgende decennium beschikbaar komen. Het waterstofgas bij Duitse waterstoftankstations komt daarom momenteel meestal per vrachtwagen. Dit is niet erg efficiënt … Een aanzienlijke vloot brandstofcelauto’s kan op deze manier niet worden bijgetankt.”43
Omdat Duitsland te weinig waterstof produceert, zal het binnen afzienbare tijd het grootste deel moeten importeren. Transport per schip is in principe mogelijk, maar volgens de experts is het “nog jaren verwijderd van een gevestigde, commerciële en betrouwbare methode voor grote hoeveelheden waterstof”.35 Het gas moet eerst gecomprimeerd en afgekoeld worden, om bij -253°C vloeibaar gemaakt te worden. De energie die nodig is om het gas samen te persen tot -253°C moet worden gebruikt om de waterstof te produceren. De energie die nodig is voor het comprimeren tot 700 bar bedraagt ongeveer 12% van de energie-inhoud van het gas, en nog eens 20 % voor het vloeibaar maken
De noodzaak om vloeibare waterstof op zeer lage temperaturen te houden tijdens opslag, transport en behandeling kost opnieuw energie en verhoogt de infrastructuurkosten – bijvoorbeeld voor cryogene opslagtanks, pijpleidingen en andere apparatuur. Bovendien zijn er aanzienlijke Boil-off-verliezen als er tijdens het transport gas ontstaat. Dit moet uit de tanks verwijdert worden om te voorkomen dat ze barsten door overdruk. Na de aanlanding wordt de waterstof verwarmd en weer omgezet in gasvorm, waarvoor opnieuw energie nodig is.34,35
Niet alleen kerncentrales ontploffen door waterstof, ook gewone H2-tankstations kunnen door knalgas vernietigd worden. Dit gebeurde in Noorwegen omdat er – volgens de verklaring – een schroefje los zat.44 Een onderzoek door de Duitse TÜV laat zien hoe betrouwbaar de veiligheidsnormen zijn. Het resultaat: “Ruim één op de vijf tankstations vertoont significante gebreken”.45 Bij ongelukken met waterstofauto’s zijn reddingsmaatregelen een uitdaging vanwege de drukcontainer. De hulpdiensten kunnen zich niet beschermen tegen de drukgolf in tunnels. Zij vragen zich af hoe “mensen gered en branden effectief bestreden kunnen worden?”46 De eenvoudigste oplossing zou zijn om deze voertuigen te verbieden om door tunnels te rijden en om ondergrondse parkeergarages en veerboten te gebruiken.
Winderige “vuurtorenprojecten“
Waterstof zou eigenlijk de opslagproblemen moeten oplossen die worden veroorzaakt door overtollige energie van wind en zon. Deze wekken niet altijd elektriciteit op wanneer dat nodig is, en op andere momenten leveren ze te veel van het goede. Volgens de theorie zou waterstof dan kunnen worden geproduceerd uit water met behulp van elektrolyse bij hoge temperatuur in plaats van overtollige elektriciteit aan buurlanden te schenken.
Grotere hoeveelheden kunnen alleen worden opgeslagen in ondergrondse grotten. De waterstof wordt gecomprimeerd voor opslag. Wanneer het gas uit de opslag wordt gehaald, moet het worden gezuiverd omdat er andere stoffen zoals zwavelverbindingen en koolwaterstoffen uit het gesteente vrijkomen. Het opgeslagen gas absorbeert ook water totdat het verzadigd is. Dit moet ook volledig worden verwijderd voor gebruik. Dan zijn er nog micro-organismen die hun energie uit waterstof halen. Ze zijn blij met een gedekte tafel, wat een snelle voortplanting bevordert. In plaats van geurloos gas is er dan stinkend bacterieslijm. Bovendien zijn er verliezen door uitwaseming via scheuren in het gesteente.39
De vooruitzichten voor dit type energieopslag zijn dus somber. Waarom zou anders het Duitse “vuurtorenproject” onder hogetemperatuurelektrolyse-installaties, genaamd “Westküste 100”, eind 2023 geluidloos ten grave zijn gedragen?47 De bestaande offshore windturbines zouden herhaaldelijk overtollige energie bijgestuurd hebben.
Omdat “decarbonisatie” met waterstof uit water een eclatante mislukking dreigt te worden, reageert de Europese industrie op de komende energiecrisis door nieuwe aardgasvelden in de Noordzee aan te boren.48,49 Om de politiek gewenste waterstof tenminste per stoomreforming te produceren, is veel aardgas nodig. Zelfs de milieuscene wordt bedenkelijk: als H2 uit “fossiel aardgas” een essentiële pijler moet zijn voor “het opvoeren van de waterstof-economie”, dan gaat er iets heel erg mis: dit zou niet alleen “verwoestend” zijn voor de natuur, dan zou de decarbonisatie pas goed kooldioxide produceren.50
Zelfs Greenpeace heeft nu door dat er iets mis is:
“Voor het splitsen van water gebruiken we … elektriciteit van elektriciteitscentrales die gestookt worden met aardgas. En door de efficiëntie-verliezen in energiecentrale en elektrolysers hebben we in feite ongeveer drie keer zoveel aardgas nodig als wanneer de fossiele brandstof rechtstreeks in de gasturbine zou zijn gestookt zonder in waterstof te zijn omgezet.” 51
De technische vooruitgang biedt ons tenminste een lichtpuntje aan de horizon. Met een nieuw proces, plasmapyrolyse, kan waterstof veel economischer worden geproduceerd voor technische doeleinden, zij het uit aardgas: daarbij wordt methaan met behulp van versnelde elektronen afgebroken. Met behulp van plasmapyrolyse kan uit methaan ongeveer 3,3 kWh waterstof worden geproduceerd uit één kWh elektriciteit. Helaas kan met dezelfde hoeveelheid energie slechts 0,6 kWh waterstof worden geproduceerd uit water. Bovendien wordt er geen kooldioxide geproduceerd, maar koolstof (zogenaamde “turkse” waterstof).52
Nieuwe dwaasheden
De volgende klucht staat al te gebeuren. Er zijn niet alleen microben die waterstof verteren, maar ook microben die waterstof produceren, zogenaamde oxywaterstofbacteriën.53,54 Het eerste bedrijf denkt er al over om bacillen en hun voedingsoplossing ondergronds te pompen, zoals bij fracking, om het gas via een ander boorgat te winnen.55
Genetische manipulatie zou de bacillen nog een duwtje in de rug kunnen geven. Aangezien ze zich voeden met suikers, aminozuren en vetzuren, zou zich een nieuw idee voor het klimaatbewuste huishouden aandienen: Waterstof in herbruikbare flessen gemaakt van gefermenteerd biologisch voedsel met een ecolabel. Overigens: knalgasbacteriën leven ook in menselijke darmen …
Als het doek valt
Om de staalfabrieken in het Ruhrgebied “koolstofvrij” te maken, kreeg Thyssen-Krupp subsidie van de overheid voor de aanleg van een 4 km lange waterstofpijpleiding. Nu klaagt het bedrijf over voortdurende verliezen die het dwingen om de productie te verlagen. De poging om de staaldivisie te verkopen is mislukt. Het klaagt over “gebrek aan vraag”.56 Omdat energie extreem duur is geworden in Duitsland en tot astronomische hoogten zal stijgen als gevolg van de waterstoftransitie, is economische productie onmogelijk. Geen wonder dat energie-intensieve industrieën naar het buitenland verhuizen?57
Wiesbaden.
In Wiesbaden nam het openbaar vervoerbedrijf 10 waterstofbussen in gebruik. De vreugde over de geslaagde eco-coup duurde niet lang: “Dure waterstof avontuur eindigt na slechts een jaar” schreef de pers. Eerst belandden de voertuigen in het depot en nu moeten ze doorverkocht worden. Een hoofdstad “zoals het zingt en lacht” heeft al toegeslagen. Ook het nieuwe tankstation (dat ongeveer € 2 miljoen kost) verhuist met de bussen mee, trouw aan de slogan “Mainzer Narren steh’n zusammen”.
In Koblenz aan de snelweg A 61 gaat het enige waterstoftankstation in Rijnland-Palts dicht. Het is niet winstgevend, ondanks subsidies. Een andere reden is de “verouderende technologie”, die uit 2017 stamt. Het materiaal moet het blijkbaar afleggen tegen de agressieve waterstof en wordt broos.58
Hoewel de verzekeringssector lokale waterstoffabrieken verzekert, is deze terughoudend om grootschalige netwerkprojecten voor de productie van waterstof uit water te verzekeren. Terwijl de conventionele methode om waterstof uit methaan te produceren alleen onschadelijk kooldioxide produceert, komt er bij de elektrolyse van water juist zuurstof vrij.
“Een algemene procesfout, waarschuwt Swiss Re, “waarbij de waterstof- en zuurstofstromen zich vermengen, wat kan leiden tot een veel grotere brand of explosie” dan een pure waterstoframp.59
2 reacties :
Veel te veel tekst. Waterstof is geen delfstof en daarom (nog) niet interessant. Maar leg dat maar eens uit aan groenslinkse imbecielen en rechtse hedgefundfuckers.
Er zijn 3 soorten waterstof, grijs, groen en blauw en alle 3 kost het veel energie om waterstof te maken. Te denken dat waterstof olie en gas kan vervangen is de grootste onzin want er is olie en gas nodig om waterstof te maken. Het zijn zoals gewoonlijk de linkse idioten en de mensen die er hun zakken mee vullen die voor waterstof zijn. Met kernreactoren wordt het een ander verhaal, maar ook daar willen de simpele zielen van links niet aan.
Een reactie posten