Waterstof - kleurloos, en toch kleurrijk

Grijze, blauwe of groene waterstof? Eén ding is zeker: waterstof is eigenlijk een kleurloos gas, maar toch zijn er veel kleurrijke namen voor de energiedrager. Daarachter zit een verwijzing naar de productiemethode en de energie die wordt gebruikt in het proces dat het begeerde H2-molecuul duurzaam maakt.

De energiedrager van morgen

In de huidige discussie wordt waterstof beschouwd als de energiedrager van de toekomst. Dit komt vooral door de diverse potentiële toepassingen: van mobiliteit tot warmtelevering aan de conventionele industrie, waterstof kan dienen als een efficiënt alternatief voor fossiele bronnen. Het kan ovens in de cement- en staalindustrie verwarmen, industriële afvalgassen synthetiseren tot grondstoffen voor meststoffen, kunststoffen en brandstoffen, en dient als basis voor andere belangrijke grondstoffen in de chemische industrie.

 Vooral in de staalindustrie - een van de meest CO2-intensieve sectoren - kan waterstof een groot verschil maken, omdat koolstof traditioneel wordt gebruikt in de hoogovens om ruwijzer te produceren. Enerzijds levert dit de energie die nodig is om de ijzerertsen te smelten, anderzijds dient het als reductiemiddel, d.w.z. het bindt de zuurstof in de ijzerertsen, waardoor zuiver ijzer ontstaat. Op deze manier veroorzaakt het hoogovenproces momenteel 85% van de CO2-uitstoot van het hele staalproductieproces. Het koolstofvrij maken van de staalindustrie met behulp van waterstof is daarom een enorme kans voor een klimaatvriendelijkere toekomst.

Assemblage van een elektrolyse-installatie

Het potentieel van waterstof voor gebruik in de industrie hangt voornamelijk af van de productiemethoden. Door de productie op basis van hernieuwbare energiebronnen heeft groene waterstof de beste CO2-voetafdruk.

De mate van deze hefboomwerking en het potentieel voor CO2-besparingen in industriële toepassingen hangt echter in grote mate af van de productiemethode van de gebruikte waterstof.

Van grijs naar groen: het hangt allemaal af van hoe het wordt gemaakt

Grijze waterstof: Op dit moment wordt waterstof voornamelijk geproduceerd uit fossiele brandstoffen - om precies te zijn: uit aardgas. In de praktijk betekent dit dat waterstof en kooldioxide onder hitte worden gesplitst. Na dit proces komt de koolstofdioxide (CO2) ongebruikt vrij in de atmosfeer. Deze waterstof wordt grijze waterstof genoemd. De productie van één ton grijze waterstof produceert ongeveer tien ton CO2. Ter vergelijking: dit is ongeveer evenveel CO2 als een inwoner van Duitsland gemiddeld per jaar produceert, of een pendelaar met 40 km woon-werkverkeer en een middelgrote benzineauto over een periode van zes jaar.

Waterelektrolyse op industriële schaal
Waterstof is een sleutelelement in de groene transformatie van talrijke industrieën. thyssenkrupp nucera is nu al een van de weinige leveranciers wereldwijd die technologieën aanbiedt voor de productie van groene waterstof op gigawattschaal.

Blauwe waterstof: De zogenaamde blauwe waterstof wordt ook geproduceerd uit fossiele brandstoffen. De geproduceerde CO2 wordt echter opgevangen, opgeslagen of gebruikt. Daarom kan blauwe waterstof een eerste hefboom zijn om de CO2-uitstoot op middellange termijn te verminderen, maar is het geen langetermijnoplossing voor een groenere industrie vanwege de negatieve milieubalans van fossiele brandstoffen. Het langetermijngebruik van de materialen of de opslag is cruciaal.

Groene waterstof: Waterelektrolyse gebruikt elektriciteit om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Als tijdens dit proces alleen energie uit 100% hernieuwbare bronnen wordt gebruikt, wordt het groene waterstof genoemd. Dit proces is volledig vrij van CO2-uitstoot. Het maakt namelijk niet uit welke specifieke elektrolysetechnologie wordt gebruikt, er wordt geen CO2 geproduceerd tijdens de elektrolyse. Daarom wordt groene waterstof beschouwd als de energiedrager van de toekomst en een belangrijke pionier voor een duurzame en CO2-vrije industrie.

Het potentieel van blauwe waterstof

De overstap naar groene waterstof in de staalproductie is op de lange termijn essentieel om de klimaatdoelstellingen van de VN te halen. Installaties die volledig op groene waterstof draaien, kunnen alleen al in de staalindustrie enkele miljoenen tonnen CO2 besparen. Maar op dit moment zijn de beschikbare hoeveelheden hernieuwbare energie nog niet voldoende om te voldoen aan de voortdurend stijgende waterstofbehoefte van alle industrieën. Alleen al de staalfabriek thyssenkrupp Steel in Duisburg zal op de lange termijn ongeveer 720.000 ton waterstof per jaar nodig hebben. Dat zijn 247 miljoen met waterstof gevulde vrachtwagens per jaar! Daarom is ammoniak een belangrijke vorm van transport voor waterstof. Dit kan goedkoop worden vervoerd in tankwagens. De ammoniak wordt dan ter plekke gesplitst in waterstof en stikstof. Met behulp van ammoniak zal er een wereldwijde markt voor koolstofarme waterstof ontstaan.

Voordat de energietransitie compleet is en er voldoende elektriciteit uit hernieuwbare bronnen beschikbaar is, zal het gebruik van blauwe waterstof op de middellange termijn noodzakelijk zijn om CO2-uitstoot te voorkomen. Want ook blauwe waterstof heeft veel potentieel. Door het gebruik van blauwe waterstof kan thyssenkrupp Steel in Duisburg nu al 20 miljoen ton CO2-uitstoot per jaar besparen.

Gebruik van waterstof bij thyssenkrupp Steel Duisburg

Al enkele jaren test thyssenkrupp Steel in Duisburg het gebruik van waterstof in lopende hoogovenactiviteiten.

Samen op weg naar de groene transformatie

Samen op weg naar de groene transformatie

Installatie voor waterstof
Vanwege de hogere dichtheid en de reeds bestaande infrastructuur is ammoniak bijzonder geschikt voor het transport van waterstof en wordt ammoniak beschouwd als de belangrijkste factor voor het opbouwen van een waterstofeconomie.

thyssenkrupp wil volledig klimaatneutraal worden. Een eerste stap in deze richting is het directe reductieproces, waarbij de ijzerertsen worden gereduceerd door waterstof. Dit betekent dat er geen CO2 wordt uitgestoten tijdens de productie van ruwijzer zelf.

De beslissende koers voor de groene transformatie - veel verder dan staalproductie - wordt uitgezet door de collega's van thyssenkrupp nucera en thyssenkrupp Uhde. Als een van de weinige leveranciers wereldwijd biedt thyssenkrupp nucera al technologieën voor de productie van groene waterstof op gigaschaal. Met de juiste installaties voor ammoniaksynthese en -kraken, evenals opslagtanks, biedt thyssenkrupp Uhde de noodzakelijke infrastructuur voor het transport van blauw of groen waterstof. Eén ding is zeker: In de komende jaren zal CO2-neutrale waterstof steeds belangrijker worden, vooral in de industrie. Met onze verschillende competenties en perspectieven voor duurzame waardeketens en een kleurrijke mix van klimaatvriendelijke oplossingen, staan we bij thyssenkrupp al midden in de groene transformatie.