Pedeorelha | Is waterstof als brandstof gevaarlijk?

Peter Tucker
0
960
28

De Hindenburg-explosie op 6 mei 1937 in Lakehurst, New Jersey. AFP / Getty-afbeeldingen

Toen het Hindenburg-luchtschip op 6 mei 1937 zijn dok in Lakehurst, N.J. naderde, was de luchtballon die de passagiersdekken omhoog hield gevuld met waterstof. Dit element, het eenvoudigste - en meest voorkomende - element in het universum, heeft één proton met een enkel elektron dat eromheen draait. Waterstof weegt ook de minste van alle elementen atomair. Het kan een behoorlijke klap uitdelen en enorme hoeveelheden energie creëren wanneer zuurstof en een ontstekingsbron worden geïntroduceerd. Toen de Hindenburg explodeerde, was de wereld getuige van de kracht van waterstof.

Toen de Hindenburg die avond in mei aanmeerde, werd de buitenhuid van de luchtballon blootgesteld aan een statische vonk. Binnen enkele seconden scheurden vlammen over het luchtschip, waardoor het werd gereduceerd tot een bal van vlammen en verwrongen metaal. Zesendertig mensen kwamen om bij de ramp [bron: Nationaal Archief]. En zo snel als de Hindenburg brandde, zo ook de publieke opinie over waterstof. Na de ramp werd waterstof tientallen jaren met scepsis en zelfs alarm bekeken. Een "waterstof-angstfactor" ontwikkeld met betrekking tot het element [bron: Edwards].

Nu de bezorgdheid toeneemt over een mogelijk afnemende wereldwijde olievoorziening - en de toenemende uitstoot van vervuilende stoffen door die olie - heroverwegen energieonderzoekers waterstof als een bron van brandstof. Het heeft zeker een enorme belofte: waterstof stoot weinig of geen broeikasgassen (BKG's) uit. De belangrijkste bijproducten zijn waterdamp en warmte. Waterstof heeft de hoogste energie-output per gewicht van alle brandstof [bron: CECA]. En het is er in overvloed; waterstof kan door een aantal bronnen worden geproduceerd, van aardgas tot water zelf.

Maar de vraag blijft: is waterstof als brandstof een veilige energiebron voor onze auto's? Hoe kan waterstof zelfs als brandstof worden gebruikt? Op de volgende pagina staat een snelle inleiding.

Een techniek voor het winnen van waterstof uit water, ontwikkeld aan de Universiteit van New South Wales in Australië, wordt in 2005 gedemonstreerd. De methode gebruikt zonne-energie om de reactie te voeden. Ian Waldie / Getty Images

-Waterstof is eigenlijk geen energiebron - het is een energiedrager [bron: CECA]. Waterstof draagt de energie die ontstaat wanneer het wordt geproduceerd. Het is vergelijkbaar met elektriciteit: we kunnen geen elektriciteit verbranden (wat een energiedrager is), maar elektriciteit kan worden geproduceerd door energiebronnen zoals aardgas of aardolie te verbranden. Vervolgens transporteert elektriciteit deze energie naar andere plaatsen, zoals de stopcontacten in uw huis.

Dit betekent dat de energiedrager de energie moet krijgen om te dragen, grof gezegd. We moeten dus energie creëren om waterstof te maken. Dit is een stuk eenvoudiger dan de conventionele methode om onze primaire brandstofbron, olie, te verkrijgen. Om olie te krijgen, moet in reserves worden geboord, het uit de grond worden gepompt, het verfijnd en naar het benzinestation gestuurd. Door waterstof als brandstofbron te gebruiken, kunnen we in wezen onze eigen brandstof produceren en al deze stappen elimineren - en misschien de geopolitieke strijd die olie veroorzaakt.

Waterstof wordt gemaakt via een proces dat bekend staat als hervorming. Zeker, we kunnen waterstof genereren als een middel voor energieoverdracht door aardgas of een andere op koolstof gebaseerde brandstofbron te verbranden. In feite is methaanreforming (waterstof scheiden van koolwaterstoffen door aardgas te verbranden) momenteel de meest haalbare methode om waterstof als brandstof te produceren. Maar door deze methode zijn we weer terug bij af, voor zover de uitstoot van broeikasgassen (BKG) gaat. Hoewel het proces van het overbrengen van energie uit waterstof schoon zal zijn, zal het proces van het maken van waterstof nog steeds fossiele brandstof verbranden en broeikasgassen uitstoten..

Net zoals er schonere manieren zijn om elektriciteit op te wekken (zoals waterkracht), kan waterstof ook schoon gemaakt worden door wind- of zonne-energie - zelfs door microben die algen eten en waterstof produceren als afvalproduct [bron: NREL]. Onderzoekers evalueren deze methoden als betrouwbare manieren om waterstof te produceren zonder fossiele brandstoffen te verbranden. Anderen zoeken uit hoe je deze geproduceerde waterstof het beste kunt gebruiken om je auto van stroom te voorzien.

-Auto-ingenieurs hebben bedacht waterstof brandstofcellen. Deze brandstofcellen wekken elektriciteit op om uw auto van stroom te voorzien elektrochemische conversie. Het pure chemische element waterstof wordt opgesplitst in zijn proton en elektron, een proces dat elektriciteit opwekt. Wanneer het zich mengt met zuurstof, is het bijproduct van het proces water. Omdat een brandstofcel zelf niet genoeg elektriciteit kan produceren om een auto van stroom te voorzien, moeten cellen in elkaar worden gezet om te creëren brandstofcelstapels [bron: Fuel Economy.gov]. Als je echter een paar stapels bij elkaar hebt gelegd, kan je auto inzoomen.

Een groot probleem blijft echter: de waterstof opslaan aan boord van uw voertuig. Sommige methoden zijn al in gebruik. Waterstof kan worden opgeslagen in de vorm van een gas onder hoge druk of een extreem koude vloeistof, zoals cryogene waterstof. Dit werkt voor het opslaan van waterstof bij de brandstofpompen, maar het is niet praktisch om brandstof in je auto mee te nemen. Cryogene waterstofvloeistof zou een extra systeem aan boord nodig hebben om de brandstof koud te houden. Dit zou gewicht toevoegen, wat de energie-efficiëntie van het voertuig beïnvloedt.

Onderzoekers onderzoeken nog steeds de optimale manieren om waterstof op te slaan en te exploiteren als brandstofbron. Een deel van dat onderzoek omvat het wegnemen van de angst van het publiek voor waterstof als brandstof. De wetenschap is misschien in staat om de waterstofbrandstofpuzzel te kraken, maar als chauffeurs zich nog steeds voorstellen dat ze levend worden verbrand in een bal van witgloeiende vlammen na een spatbordbuiger, wie zou er dan toch een waterstofauto kopen? Misschien kan de volgende pagina uw zorgen wegnemen.

De motor van een elektrische auto van Ford op waterstof-brandstofcellen. De auto was te zien op de nationale conferentie van de National Hydrogen Association in 2005. Joe Raedle / Getty Images

In veel gevallen is waterstof veiliger dan de brandstof die we momenteel gebruiken om onze auto's aan te drijven. Brandstoffen op basis van koolstof hebben de neiging zich als vloeistoffen te verspreiden (zoals u wel weet als u ooit benzine op uzelf hebt gemorst bij de pomp). Wanneer het brandt, produceert conventionele brandstof hete as, waardoor stralingswarmte ontstaat. Dit is niet het geval met waterstof. In zijn pure vorm verbrandt waterstof geen koolstof en produceert het geen hete as en zeer weinig stralingswarmte [bron: RMI]. Wat meer is, wanneer waterstof lekt, stijgt het snel op in de atmosfeer, zodat het minder tijd heeft om te verbranden [bron: Princeton].

Dus hoe zit het met de Hindenburg? Zowel voorstanders als tegenstanders van waterstofbrandstof hebben zich in hun debat op de noodlottige luchtballon aangesloten. Terwijl tegenstanders ernaar verwijzen als een waarschuwend verhaal, beschouwen voorstanders het als een vrijstelling voor waterstof.

Hoewel de waterstof aan boord van de Hindenburg zeker met een ongelooflijke kracht verbrandde, was het niet de waterstof die de ramp veroorzaakte - het was aluminiumpoeder. Om zonlicht te weerkaatsen werd de huid van Hindenburg bedekt met dit poeder, een vorm die vergelijkbaar is met raketbrandstof [bron: KMI]. En de katoenen stof waaruit de huid van de luchtballon bestond, was waterdicht gemaakt met licht ontvlambaar acetaat [bron: ABC]. Voorstanders van waterstof wijzen er ook op dat de vlammen bij de ramp met de Hindenburg eerder naar boven brandden dan naar buiten, omdat het element zo licht is. Hierdoor werden de passagiers in de onderwagen relatief ongemoeid gelaten door de vlammen. Vijfendertig van de 36 doden in de Hindenburg waren het gevolg van passagiers die uit het luchtschip sprongen; allen die aan boord bleven hebben het overleefd [bron: RMI].

De uitdaging van de opslag van waterstof als brandstof is om manieren te bedenken om opslagtanks te maken die geen waarschuwing zullen blijken te zijn tegen waterstof voor toekomstige generaties. Met andere woorden, wat zou de beste opslagtank zijn om te voorkomen dat waterstof explodeert bij een auto-ongeluk?

Stalen tanks behoren tot de mogelijkheden. Ze zijn sterk genoeg om te dienen als betrouwbare dragers voor waterstofgas in auto's. Als er toch een ongeval plaatsvindt, zal een stalen tank waarschijnlijk een botsing kunnen weerstaan zonder lek of breuk te lijden. Een probleem met staal is echter dat waterstof zo licht van gewicht is en daarom minder compact is dan benzine. Elke tank die waterstof onder druk kan bevatten, zou veel groter moeten zijn dan de conventionele gastank in uw auto. Een stalen tank zou behoorlijk zwaar zijn en de energie-efficiëntie verminderen.

Composietmaterialen lijken zelfs meer belofte te bieden dan staal. Tanks gemaakt van polyethyleen zijn lichtgewicht, kunnen worden gevormd om in een auto te passen en zijn ontworpen om poeder -- absorberen de energie van een botsing, waardoor de tank tot stof wordt gereduceerd en de waterstof schijnbaar veilig in de atmosfeer wordt afgegeven [bron: Princeton].

Waterstof kan uiteindelijk worden opgeslagen in materialen die het element kunnen vasthouden en vrijgeven wanneer dat nodig is. Sommige soorten metaal, zoals metaalhydride, kunnen waterstofmoleculen vangen binnen hun samenstellingsstructuur. Hier wordt de waterstof veilig opgeslagen en vrijgegeven bij verhitting van het metaal. Wat deze technologie nog aantrekkelijker maakt, is dat de warmte die nodig is voor het vrijkomen van waterstofmoleculen uit hun metalen tanks kan komen van de afvalwarmte die wordt geproduceerd door een waterstofbrandstofcel [bron: DOE].

Het lijkt er niet op dat de "waterstof-angstfactor" veel doet om voortgezet onderzoek naar zijn levensvatbaarheid als brandstofbron te ontmoedigen. En als de olie echt opraakt, moeten we die angsten misschien voor eens en voor altijd opzij zetten.

Bezoek de volgende pagina voor meer informatie over waterstofbrandstof en andere gerelateerde onderwerpen.

Meer geweldige links

Amerikaanse DOE-startpagina voor energie-efficiëntie en hernieuwbare energie (EERE)
Rocky Mountain Institute
Hindenburg Disaster Radio-uitzending bij Nationaal Archief

Bronnen

Edwards, Peter P. "Onze angst voor waterstof tankstations." De tijden. 21 april 2008. http://www.timesonline.co.uk/tol/comment/letters/article3784369.ece
Kruszelnicki, Karl S. "Hindenburg en waterstof." Australische omroep. 2004. http://www.abc.net.au/science/k2/moments/s1052864.htm
Murphy, Christian. "Energiebronnen en -dragers onderscheiden." Consumer Energy Council of America. 30 juli 2003. http://www.cecarf.org/Programs/Fuels/SourcesCarriers.html
"Brandstofcelvoertuigen." California Energy Commission. http://www.consumerenergycenter.org/transportation/fuelcell/index.html
"Brandstofopslag." Princton University. http://www.princeton.edu/~chm333/2002/spring/FuelCells/H_storage.shtml
"Hoe ze werken: PEM-brandstofcellen." Brandstofverbruik.gov. http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_PEM.shtml
"Waterstof feiten." Consumer Energy Council of America. 2003. http://www.cecarf.org/Programs/Fuels/Fuelfacts/HydrogenFacts.html
"Waterstofproductie en -levering." Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie. 1 juni 2007. http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_production_delivery.html
"Is waterstof gevaarlijk?" Rocky Mountain Institute. http://www.rmi.org/sitepages/pid205.php
"Metaalhydriden." Amerikaanse ministerie van Energie. 6 november 2006. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/metal_hydrides.html
"Scènes uit de hel: Herb Morrison - Hindenburg-ramp, 1937." Nationaal Archief. http://www.archives.gov/exhibits/eyewitness/html.php?section=5

Is waterstof als brandstof gevaarlijk?

Gerelateerde artikelen

Meer geweldige links

Bronnen