Waterstof: een scala aan mogelijkheden

Terwijl de wereld zichzelf probeert te ontworstelen aan de greep van fossiele brandstoffen, zoeken wetenschappers snel naar haalbare alternatieven die ons naar een groenere toekomst kunnen brengen. Een van deze alternatieve brandstoffen is waterstof. 

Waterstof is een van de bouwstenen van organisch leven naast koolstof, maar pure elementaire waterstof is moeilijk te verkrijgen - het is slechts aanwezig in de atmosfeer met ongeveer 0.6 deeltjes per miljoen. Waterstofproductie op industriële schaal is daarom noodzakelijk om een ​​praktische optie te zijn.

Dus, wat zijn de verschillende bronnen en methoden van waterstofproductie? Lees verder om erachter te komen.

Kleuren van waterstof

Eenmaal geïsoleerd is waterstof veelbelovend als brandstofbron voor verbrandingsmotoren, brandstofcellen en als alternatief voor aardgasverwarming.

Hoewel waterstof een kleurloos gas is, is de discussie over twee-atomige waterstof in kleur gecodeerd om gemakkelijk onderscheid te kunnen maken tussen verschillende bronnen en productieprocessen. Ze zijn niet formeel gedefinieerd, maar ze zijn een nuttige nomenclatuur als het gaat om het begrijpen van duurzaamheid in de industrie.

Grijs

Grijze waterstof is momenteel de meest gebruikte productiemethode, goed voor bijna 50% van de totale geproduceerde waterstof. Dit proces neemt aardgas, namelijk methaan, en reageert het met water in een proces dat stoommethaanreforming wordt genoemd. Deze reactie produceert waterstofgas en koolmonoxide, waarvan de laatste giftig is, dus wordt het verder gereageerd met water om waterstof en kooldioxide te produceren via de water-gasverschuivingsreactie.

Dit proces is zeer energie-intensief om een ​​omgeving met veel warmte te behouden, en het produceert ook aanzienlijke hoeveelheden koolstofdioxide (5-6 ton voor elke geproduceerde ton waterstofgas).

Bruin zwart

Bruine en zwarte waterstof verwijst naar dat wat wordt gewonnen uit bruin- en zwartkool. De steenkool wordt verwarmd met stoom en zuurstof in een proces dat steenkoolvergassing wordt genoemd, en oxideert gedeeltelijk om kooldioxide, koolmonoxide, water en waterstofgas te produceren. Het koolmonoxide kan verder worden omgezet om giftige bijproducten te verminderen.

Blue

Deze methode van waterstofproductie is precies hetzelfde als grijs, bruin en zwart, verwijzend naar waterstof gemaakt van fossiele brandstoffen. Het kooldioxide dat bij de reactie wordt geproduceerd, wordt echter opgevangen om te voorkomen dat het in de atmosfeer terechtkomt en de impact op de effecten van klimaatverandering te verminderen. Het kan ofwel diep onder de grond worden opgeslagen (in de hoop dat het weer fossiele brandstoffen wordt) of hergebruikt worden voor andere industriële processen. 

Groen

Groene waterstof verwijst meestal naar het productieproces van waterstof via elektrolytische splitsing van water, waarbij de elektriciteit wordt gewonnen uit strikt hernieuwbare energie. Dit proces maakt gebruik van elektriciteit om water te ontbinden in waterstof- en zuurstofgassen, met behulp van oxidatie- en reductieprocessen. 

Groene waterstof kan ook breder verwijzen naar elke hernieuwbare vorm van waterstofproductie, inclusief vergassing of stoomreformatie van biomassa en biobrandstoffen, in tegenstelling tot fossiele brandstoffen.

Zoals het er nu uitziet, is slechts ongeveer 4% van de industrieel geproduceerde waterstof afkomstig van elektrolyse, en een nog kleiner percentage wordt geproduceerd door puur hernieuwbare elektriciteitsbronnen. Dit komt vooral omdat het splitsen van water geen goedkoop proces is, maar naarmate het gebruikelijker wordt, zullen deze kosten vergelijkbaar worden met die van gas en aardolie. 

Geel 

Gele waterstof is een minder specifieke vorm van groene waterstof, in die zin dat het wordt gebruikt om watersplitsing via elektrolyse met behulp van een willekeurige elektriciteitsbron te beschrijven. Het wordt soms gebruikt om elektrolyse op zonne-energie te specificeren, maar kan ook andere bronnen van elektrische energie omvatten, zoals wind, waterkracht of het verbranden van fossiele brandstoffen.

Paars

Ook bekend als roze of rode waterstof, dit is weer een hydrolytisch proces om waterstof te maken uit de splitsing van water. Het gaat hier echter specifiek om elektriciteit die wordt geproduceerd via kernsplijting in kerncentrales. Hoewel het geen broeikasgassen zoals koolstofdioxide uitstoot, zijn er andere milieueffecten verbonden aan kernafval. 

Turquoise

Net als grijze waterstof gebruikt deze methode aardgas als grondstof. In plaats van stoomreformatie, wordt het methaan echter verwarmd, zodat het thermisch ontleedt in waterstofgas en vaste koolstof (in tegenstelling tot koolstofdioxide). Dit is milieuvriendelijk met betrekking tot de uitstoot van broeikasgassen, maar de hoeveelheid energie die nodig is om methaan voldoende te verwarmen om te ontbinden (iets meer dan 1000°C) is niet onbelangrijk.

Wit

Dit is een van de minder bekende kleuren van waterstof, verwijzend naar de zeldzame natuurlijk voorkomende geologische waterstof. Dit wordt meestal gewonnen als bijproduct van de raffinage van fossiele brandstoffen.

Chemwatch is hier om te helpen

Als u meer wilt weten over verschillende soorten chemicaliën, of hoe u risico's kunt minimaliseren tijdens het werken met chemicaliën, zijn wij er om u te helpen. We hebben tools om u te helpen met verplichte rapportage en het genereren van SDS en risicobeoordelingen. We hebben ook een bibliotheek van webinars met betrekking tot wereldwijde veiligheidsvoorschriften, softwaretraining, geaccrediteerde cursussen en etiketteringsvereisten. Neem voor meer informatie vandaag nog contact met ons op via: sa***@ch*******.net .

Bronnen:

• https://nacfe.org/emerging-technology/electric-trucks-2/making-sense-of-heavy-duty-hydrogen-fuel-cell-tractors/ 
• https://blog.csiro.au/green-blue-brown-hydrogen-explained/ 
• https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_production 
• https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ef0101964
• https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.1c01679 
• https://www.nature.com/articles/s41560-022-01114-6#Sec1