Wil waterstof een klimaatoplossing zijn, dan moeten lekken worden aangepakt.
Dit artikel is gepubliceerd door het Environmental Defense Fund, geschreven door Steven Hamburg en Ilissa OckoIt. Het vat de uitdaging van waterstofopslag en -transport heel goed samen en is een verdienste van de auteurs die een complexe materie op een heel eenvoudige manier uitleggen.
De belangrijkste punten voor ons zijn:
Olie- en gasbedrijven en overheden over de hele wereld kijken steeds meer naar waterstof als hun weg naar decarbonisatie. Volgens de Hydrogen Council zijn er onlangs meer dan 350 nieuwe projecten ter waarde van $500 miljard aangekondigd. Het Internationaal Energieagentschap zegt dat de vraag tegen 2050 verzesvoudigd zou kunnen zijn.
Voordat we ons op deze enorme uitbreiding vastleggen, is het essentieel om te begrijpen hoe waterstof kan bijdragen aan klimaatverandering - met inbegrip van het aanzienlijke opwarmingspotentieel van waterstof zelf, dat op grote schaal over het hoofd wordt gezien.
Graven in de wetenschap van waterstof
We hebben de huidige wetenschap beoordeeld in een artikel dat nu door vakgenoten wordt beoordeeld, en zijn tot de conclusie gekomen dat waterstof onder de juiste omstandigheden inderdaad deel zou kunnen uitmaken van een schone energietransitie. Maar als het verkeerd wordt aangepakt, zou het op korte termijn slechter voor het klimaat kunnen zijn dan de fossiele brandstoffen die het zou vervangen.
Hoewel kooldioxide een bijproduct kan zijn van de productie van waterstof, stoot waterstof zelf geen kooldioxide uit bij verbranding of gebruik in een brandstofcel. Maar wanneer waterstof wordt uitgestoten in de atmosfeer, draagt het bij aan klimaatverandering door de hoeveelheden van andere broeikasgassen zoals methaan, ozon en waterdamp te verhogen, wat leidt tot indirecte opwarming.
Dat is een probleem omdat de kleine molecule waterstof moeilijk in te dammen is. Het is bekend dat het gemakkelijk in de atmosfeer lekt door de waardeketen heen. Hoe verder het reist tussen productie en eindgebruik, hoe groter de kans op lekkage.
Zoveel weten we wel. Maar het blijkt dat we heel weinig weten over hoeveel waterstof er eigenlijk ontsnapt uit echte systemen. Dat was niet duidelijk omdat er geen reden was om verder te kijken dan de basisveiligheidsdrempels - tot nu.
Dit komt omdat traditionele meetmethoden systematisch de kortetermijninvloed van waterstof en andere kortlevende klimaatversterkende stoffen negeren door de opwarmingseffecten van een eenmalige emissiepuls uit te drukken over een periode van 100 jaar (GWP-100), waardoor een veel grotere, directere invloed wordt gemaskeerd.
Er is nog een reden waarom de opwarmende effecten van waterstof zijn onderschat. Tot voor kort hield elke schatting van de klimaatversterkende kracht van waterstof alleen rekening met de troposfeer en niet met de effecten in de stratosfeer. Door met beide rekening te houden, wordt duidelijk dat waterstof een groter opwarmingsvermogen heeft dan gewoonlijk wordt erkend.
Als we de gecombineerde atmosferische effecten toepassen op een kortere, relevantere tijdspanne, schatten we dat het opwarmend vermogen over vijf jaar van een puls van waterstof ten opzichte van CO2 20 keer groter is dan de huidige berekeningen laten zien als we de standaard 100-jaars benadering gebruiken.
En als we kijken naar het relatieve opwarmende effect van continue in plaats van pulserende emissies - die representatiever zijn voor de echte wereld - dan is waterstof 100X krachtiger dan CO2-emissies over een periode van 10 jaar.
Het belang van het beoordelen van leksnelheden
Om te begrijpen wat dit zou kunnen betekenen, hebben we gekeken naar mogelijke leksnelheden die in de literatuur worden genoemd.
In situaties met veel lekkage zouden waterstofemissies bijna twee keer zoveel opwarming kunnen veroorzaken in de eerste vijf jaar na vervanging van de tegenhangers van fossiele brandstoffen. Maar als de lekkage minimaal is, kan waterstof in diezelfde periode een 80% lagere opwarming veroorzaken.
CO2-emissies die gedurende tientallen jaren vermeden worden door waterstof te vervangen, betekent dat er klimaatvoordelen zijn ongeacht de lekkage. Zelfs met een hoge lekkage zou het opwarmend effect 100 jaar na de overschakeling op waterstof 80% lager zijn in vergelijking met fossiele brandstoffen (hoewel vertrouwen op puls in plaats van continue emissies dat voordeel aanzienlijk opblaast).
Deze bevindingen gelden ook voor waterstof geproduceerd met hernieuwbare energie: Zelfs bij een matige lekkage zou deze 'groene' waterstof de opwarming op korte termijn kunnen vergroten. De gevolgen zijn zelfs nog groter voor 'blauwe' waterstof die uit aardgas wordt geproduceerd, vanwege de extra opwarming door de methaanemissies in de toeleveringsketen van aardgas.
Dit betekent dat in waterstofintensieve scenario's (50% of meer van de uiteindelijke energievraag geleverd door waterstof) met hoge leksnelheden, zelfs groene waterstof zou kunnen bijdragen aan een tiende van een graad Celsius opwarming in 2050.
Aangezien de gevolgen van waterstof voor de opwarming op korte en middellange termijn zoveel groter zijn dan gewoonlijk wordt erkend, is het zinvol dat de gevolgen expliciet worden weergegeven en actief worden geminimaliseerd om de maximale klimaatvoordelen van de vervanging van fossiele brandstoffen door waterstof te bereiken. Het is tenslotte veel gemakkelijker om waterstoflekkage te minimaliseren bij het ontwerpen van een systeem dan bij het achteraf inbouwen ervan.
Waterstof vanaf het begin op de juiste manier gebruiken
Hier zijn vijf dingen die kunnen helpen om een positief klimaatresultaat te garanderen:
Meer onderzoek doen over de opwarmingseffecten van waterstof in vergelijking met andere broeikasgassen en modellen ontwikkelen die het vertrouwen kunnen vergroten in de effecten die de invoering van waterstof zou hebben op de wereldwijde temperaturen bij verschillende lekkagesnelheden.
Nauwkeurig lekkage metenwaarvoor apparatuur nodig is die waterstofconcentraties op het niveau van deeltjes per miljard kan meten, zodat we systematisch leksnelheden kunnen kwantificeren.
Gebruik klimaatmetingen die de rol weerspiegelen die waterstoflekkage zou kunnen spelen op de beleidsrelevante korte termijn, in plaats van uitsluitend te vertrouwen op een 100-jaarsberekening.
De waarschijnlijkheid van waterstoflekkage en de gevolgen ervan opnemen bij beslissingen over waar en hoe waterstof te gebruiken. Het gebruik moet worden geconcentreerd waar het dichtbij wordt geproduceerd en gebruikt, met beperkte noodzaak om het te transporteren.
Maatregelen en beste praktijken voor lekkagepreventie identificeren. De lessen die het afgelopen decennium zijn geleerd over het minimaliseren van aardgaslekkage kunnen helpen, ondanks de verschillen in de eigenschappen van deze twee gassen.
Het gebruik van hernieuwbaar opgewekte elektriciteit voor de productie van groene waterstof is ook een punt van zorg. Omdat waterstof niet uit zichzelf ontstaat, is er enorme energie nodig om het uit water of andere moleculen te halen. Dit betekent dat er meer energie nodig is om waterstof te gebruiken dan in gevallen waar directe elektrificatie mogelijk is.
We moeten ook meer inzicht krijgen in bijkomende klimaat- en milieukwesties, zoals de gezondheidseffecten op lokale gemeenschappen van NOx-emissies uit de verbranding van waterstof en de impact op watervoorraden.
We mogen ook niet vergeten om rekening te houden met de efficiëntie en duurzaamheid van de koolstofopvangtechnologie die nodig is voor de productie van waterstof uit aardgas en het minimaliseren van methaanlekkage. Het voorkomen van deze emissies is essentieel als we willen dat blauwe waterstof grote netto klimaatvoordelen oplevert.
De industrie staat nog in de kinderschoenen. We hebben de kans om ervoor te zorgen dat de enorme investering in waterstofprojecten wereldwijd de voordelen oplevert die de geldschieters beloven - maar alleen als we een proactieve en wetenschappelijke aanpak hanteren in hoe, wanneer en waar we het toepassen.
Voetnoot van het Triton Waterstof-team: Tritonex biedt een 100% wetenschappelijk bewezen oplossing om waterstoflekkage te voorkomen.