Toen het Hindenburg-luchtschip zijn dok in Lakehurst, NJ, op 6 mei 1937 naderde, was de luchtballon die de passagiersdekken omhoog hield gevuld met waterstof. Dit element, het eenvoudigste - en meest voorkomende - in het universum, heeft één proton met een enkel elektron eromheen. Waterstof weegt ook atomair het minste van alle elementen. Het kan een flinke klap uitdelen en creëert enorme hoeveelheden energie wanneer zuurstof en een ontstekingsbron worden geïntroduceerd. Toen de Hindenburg explodeerde, was de wereld getuige van de kracht van waterstof.
Toen de Hindenburg die meiavond aan het aanmeren was, werd de buitenhuid van de luchtballon blootgesteld aan een statische vonk. In een kwestie van seconden scheurden vlammen over het luchtschip en reduceerden het 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. Gedurende vele decennia na de ramp werd waterstof met scepsis en zelfs alarm bekeken. Er is een "waterstof-angstfactor" ontwikkeld met betrekking tot het element [bron:Edwards].
Nu de bezorgdheid toeneemt over een mogelijk afnemende wereldwijde olievoorraad -- en de toenemende uitstoot van verontreinigende stoffen uit die olie -- heroverwegen energieonderzoekers waterstof als brandstofbron. 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 in 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 een veilige energiebron voor onze auto's? Hoe kan waterstof zelfs als brandstof worden gebruikt? Er is een snelle inleiding op de volgende pagina.
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. Elektriciteit transporteert deze energie vervolgens naar andere plaatsen, zoals de stopcontacten in je huis.
Dit betekent dat de energiedrager grofweg de energie moet krijgen om te dragen. We moeten dus energie opwekken 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 je in reserves boren, het uit de grond pompen, het verfijnen en naar het tankstation sturen. 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 reforming . Natuurlijk kunnen we waterstof genereren als middel voor energieoverdracht door aardgas of een andere op koolstof gebaseerde brandstofbron te verbranden. In feite is methaanreforming (het scheiden van waterstof van koolwaterstoffen door verbranding van aardgas) momenteel de meest haalbare methode om waterstofbrandstof te produceren. Maar door deze methode zijn we weer helemaal terug bij af, wat betreft de uitstoot van broeikasgassen (BKG). Hoewel het proces van het overdragen van energie uit waterstof een schoon proces zal zijn, zal het proces van het maken van waterstof nog steeds fossiele brandstoffen verbranden en BKG's uitstoten.
Net zoals er schonere manieren zijn om elektriciteit te produceren (zoals waterkracht), kan waterstof ook schoon worden gemaakt 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. En anderen zijn aan het uitzoeken hoe je deze geproduceerde waterstof het beste kunt gebruiken om je auto van stroom te voorzien.
Auto-ingenieurs hebben waterstof bedacht brandstofcellen . Deze brandstofcellen wekken elektriciteit op om uw auto van stroom te voorzien door middel van elektrochemische conversie . Het zuivere chemische element waterstof wordt gesplitst in zijn proton en elektron, een proces dat elektriciteit opwekt. Wanneer het zich vermengt met zuurstof, is het bijproduct van het proces water. Aangezien een brandstofcel zelf niet genoeg elektriciteit kan produceren om een auto van stroom te voorzien, moeten cellen worden samengevoegd om brandstofcelstapels te creëren [bron:Fuel Economy.gov]. Als je echter een paar stapels bij elkaar hebt gezet, kan je auto verder inzoomen.
Er blijft echter een groot probleem: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 uw auto mee te nemen. Cryogene waterstofvloeistof zou een extra boordsysteem 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 waterstofbrandstof. De wetenschap kan misschien de waterstofbrandstofpuzzel oplossen, maar als bestuurders zich nog steeds voorstellen dat ze levend worden verbrand in een bal van witgloeiende vlammen na een spatbordbuiger, wie zou dan eigenlijk een auto op waterstof kopen? Misschien zal de volgende pagina je zorgen wegnemen.
In veel gevallen is waterstof veiliger dan de brandstof die we momenteel gebruiken om onze auto's aan te drijven. Op koolstof gebaseerde brandstoffen verspreiden zich meestal als vloeistoffen (zoals u weet als u ooit benzine op uzelf hebt gemorst aan de pomp). Wanneer het brandt, produceert conventionele brandstof hete as, waardoor stralingswarmte ontstaat. Bij waterstof is dat niet het geval. In zijn pure vorm verbrandt waterstof geen koolstof en produceert het geen hete as en heel weinig stralingswarmte [bron:RMI]. Wat meer is, wanneer waterstof lekt, stijgt het snel de atmosfeer in, zodat het minder tijd heeft om te verbranden [bron:Princeton].
Dus hoe zit het met de Hindenburg? Zowel voorstanders als tegenstanders van waterstofbrandstof hebben in hun debat vastgehouden aan de noodlottige luchtballon. Terwijl tegenstanders ernaar verwijzen als een waarschuwend verhaal, zien voorstanders het als vrijstelling voor waterstof.
Hoewel de waterstof aan boord van de Hindenburg zeker met ongelooflijke kracht brandde, was het niet de waterstof die de ramp veroorzaakte - het was aluminiumpoeder. Om zonlicht te reflecteren, was de huid van Hindenburg bedekt met dit poeder, een vorm die equivalent is aan raketbrandstof [bron:RMI]. 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 in de Hindenburg-ramp naar boven zijn gebrand in plaats van uit, omdat het element zo licht van gewicht is. Hierdoor bleven de passagiers in de drager eronder relatief onaangetast door de vlammen. Vijfendertig van de 36 Hindenburg-doden waren het gevolg van passagiers die uit het luchtschip sprongen; allen die aan boord bleven overleefden [bron:RMI].
De uitdaging van de opslag van waterstofbrandstof is om manieren te bedenken om opslagtanks te maken die geen waarschuwing tegen waterstof zullen zijn voor toekomstige generaties. Met andere woorden, wat zou de beste opslagtank zijn om te voorkomen dat waterstof explodeert bij een auto-ongeluk?
Stalen tanks zijn een mogelijkheid. Ze zijn sterk genoeg om te dienen als betrouwbare dragers voor waterstofgas in auto's. Als er toch een ongeluk gebeurt, zal een stalen tank waarschijnlijk een impact kunnen weerstaan zonder een lekke band of breuk te krijgen. Een probleem met staal is echter dat waterstof zo licht is en daarom minder dicht dan benzine. Elke tank die waterstof onder druk bevat, zou veel groter moeten zijn dan de conventionele benzinetank in uw auto. Een stalen tank zou behoorlijk zwaar zijn en de energie-efficiëntie verminderen.
Composietmaterialen lijken nog 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 te poederen -- absorbeer de energie van een botsing, reduceer de tank tot stof en laat de waterstof ogenschijnlijk veilig in de atmosfeer vrijkomen [bron:Princeton].
Waterstof kan uiteindelijk worden opgeslagen in materialen die het element kunnen vasthouden en indien nodig kunnen vrijgeven. Sommige soorten metaal, zoals metaalhydride , kunnen waterstofmoleculen opsluiten in hun samenstellingsstructuur. Hier wordt de waterstof veilig opgeslagen en vrijgelaten wanneer het metaal wordt verwarmd. Wat deze technologie nog aantrekkelijker maakt, is dat de warmte die nodig is voor het vrijkomen van waterstofmoleculen uit hun metalen tanks afkomstig kan zijn van de afvalwarmte die wordt geproduceerd door een waterstofbrandstofcel [bron:DOE].
Het lijkt er niet op dat de "waterstofangstfactor" veel doet om verder onderzoek naar zijn levensvatbaarheid als brandstofbron te ontmoedigen. En als de olie in de wereld 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.
