Waterstof en brandstofcellen
NASA gebruikt waterstofbrandstof om de space shuttles te lanceren. Credit: NASA
Waterstof is het eenvoudigste element. Een waterstofatoom bestaat uit slechts één proton en één elektron. Het is ook het element met de grootste overvloed in het heelal. Ondanks zijn eenvoud en overvloed komt waterstof van nature niet als gas op aarde voor – het is altijd gecombineerd met andere elementen. Water, bijvoorbeeld, is een combinatie van waterstof en zuurstof (H2O).
Waterstof wordt ook gevonden in veel organische verbindingen, met name de koolwaterstoffen waaruit veel van onze brandstoffen bestaan, zoals benzine, aardgas, methanol en propaan. Waterstof kan van koolwaterstoffen worden gescheiden door toepassing van warmte – een proces dat reforming wordt genoemd. Momenteel wordt de meeste waterstof op deze manier uit aardgas gemaakt. Een elektrische stroom kan ook worden gebruikt om water te scheiden in zijn componenten zuurstof en waterstof. Dit proces staat bekend als elektrolyse. Sommige algen en bacteriën, die zonlicht als energiebron gebruiken, geven onder bepaalde omstandigheden zelfs waterstof af.
Hydrogen is high in energy, yet an engine that burns pure hydrogen produces almost no pollution. NASA gebruikt sinds de jaren zeventig vloeibare waterstof om de space shuttle en andere raketten in een baan om de aarde te brengen. Waterstof-brandstofcellen drijven de elektrische systemen van de shuttle aan en produceren een schoon bijproduct – zuiver water, dat de bemanning drinkt.
Hydrogen Fuel Cells
Een brandstofcel combineert waterstof en zuurstof om elektriciteit, warmte en water te produceren. Brandstofcellen worden vaak vergeleken met batterijen. Beide zetten de door een chemische reactie geproduceerde energie om in bruikbare elektrische energie. De brandstofcel produceert echter elektriciteit zolang er brandstof (waterstof) wordt toegevoerd, en verliest nooit zijn lading.
Brandstofcellen zijn een veelbelovende technologie voor gebruik als warmte- en elektriciteitsbron voor gebouwen, en als elektrische energiebron voor elektromotoren die voertuigen aandrijven. Brandstofcellen werken het best op zuivere waterstof. Maar brandstoffen zoals aardgas, methanol of zelfs benzine kunnen worden omgevormd om de waterstof te produceren die nodig is voor brandstofcellen. Sommige brandstofcellen kunnen zelfs rechtstreeks worden gevoed met methanol, zonder gebruik te maken van een reformer.
In de toekomst zou waterstof zich ook kunnen voegen bij elektriciteit als een belangrijke energiedrager. Een energiedrager verplaatst en levert energie in een bruikbare vorm aan consumenten. Hernieuwbare energiebronnen, zoals de zon en de wind, kunnen niet altijd energie produceren. Maar ze kunnen bijvoorbeeld wel elektrische energie produceren en waterstof, dat kan worden opgeslagen tot het nodig is. Waterstof kan ook (net als elektriciteit) worden vervoerd naar plaatsen waar het nodig is.