In plaats van brandstof te verbranden zoals conventionele motoren, werken waterstofbrandstofcellen via een elektrochemisch proces. Om elektriciteit te produceren, worden waterstofatomen aan één kant van een elektrolytmembraan geïoniseerd. Terwijl protonen er doorheen glippen, moeten elektronen de lange weg afleggen door een extern circuit, waardoor een elektrische stroom ontstaat terwijl ze bewegen. Zodra de elektronen de andere kant bereiken en paren met de protonen, combineert de waterstof met zuurstof in de lucht, wat resulteert in een klein beetje warmte en water als bijproducten.
Op het basisniveau is het proces behoorlijk efficiënt. Afhankelijk van het type waterstofbrandstofcel, neigt de efficiëntieverhouding naar gemiddeld ongeveer 60 procent van de totale hoeveelheid energie die vrijkomt bij het bovenstaande proces. Grootschalige waterstofbrandstofcellen met gesmolten carbonaat of vast oxide als elektrolytmembraan kunnen echter zowel de geproduceerde warmte als elektriciteit gebruiken voor extra efficiëntie, tot wel 85 procent. Ondertussen halen draagbare brandstofcellen zoals de polymere elektrolytmembranen (PEM) die worden gebruikt in brandstofcelauto's een efficiëntie van 50 tot 60 procent, volgens het Amerikaanse ministerie van Energie.
Oké, maar hoe verhoudt dat zich tot een gewone auto? Ongelooflijk goed. Hoe cool het ook is om onze auto's te laten rijden op wat in feite neerkomt op gecontroleerde explosies en vloeibare dinosaurussen, interne verbrandingsmotoren zijn allesbehalve efficiënt. De tijd die wordt doorgebracht met stationair draaien, energieverlies langs de aandrijflijn, luchtweerstand en wrijving niet meegerekend, verliezen de meeste benzinemotoren ongeveer 62 procent van hun brandstofenergie alleen maar aan verspilde warmte.
Maar er is altijd een addertje onder het gras als je aan de slag gaat met thermodynamica en energie-efficiëntie. In het geval van waterstof is het een productieprobleem. Waterstof is misschien wel het meest overvloedige element in het universum, maar tenzij je zin hebt om langs het oppervlak van de zon te vallen (breng een koud drankje en schoenen met dikke zolen mee!), zul je het element nergens gratis vinden. Waterstof hier op aarde is altijd ergens aan gebonden, wat betekent dat het moet worden gewonnen, een proces dat duur, tijdrovend en enorm veel energie kost.
Momenteel wordt het grootste deel van onze waterstof geproduceerd door middel van elektrolyse of door het te strippen van aardgas in een proces dat stoomreforming wordt genoemd. . (Aardgas is ook een fossiele brandstof.) Hoewel stoomreforming de meest gebruikelijke methode is voor industriële waterstofproductie, vereist het veel warmte en is het enorm inefficiënt. Waterstof geproduceerd door stoomreforming heeft eigenlijk minder energie dan het aardgas waarmee stoomreforming begint. Bovendien veroorzaakt het proces, in tegenstelling tot waterstofbrandstofcellen, vervuiling -- dus het is eigenlijk energiezuiniger om de koolwaterstoffen zelf als brandstof te gebruiken.
Er is echter hoop. Hoewel we nog steeds geen haalbare manier hebben gevonden om goedkoop waterstof te krijgen, gaat het steeds beter. De materiaalkosten dalen en er zijn verschillende manieren om het in te zamelen, zoals het benutten van waterstofproducerende algen en het gebruik van methaan van stortplaatsen. Een toekomst op waterstof is misschien in zicht, of het is op zijn minst een stipje aan de horizon.
