Witte waterstof: hoop of hype?

Regelmatig stuit ergens een onderzoeksgroep onverwacht op een natuurlijk waterstofreservoir. De roep om systematische opsporing neemt toe. Kan waterstof naast energiedrager ook een belangrijke energiebron worden?

In september 2023 ontdekten wetenschappers in een ondergronds reservoir in Lotharingen in Noordoost-Frankrijk een grote hoeveelheid natuurlijke waterstof. Het was een toevalstreffer, schreven de onderzoekers van de Université de Lorraine op de website The Conversation. Ze waren eigenlijk aan het meten of de ondergrond voldoende methaan bevatte om rendabel te winnen, de waterstof was bijvangst.

Het reservoir bevat een kleine vijftig miljoen ton van deze waardevolle brandstof, volgens een grove schatting. Dat is ruim de helft van wat er momenteel wereldwijd aan grijze waterstof wordt geproduceerd - dat is waterstof die die ontstaat als stoom (H₂O) met aardgas (CH₄) reageert tot waterstof en het broeikasgas CO₂. Als die schatting klopt, herbergt Lotharingen het grootste bekende waterstofreservoir op aarde.

Dit is niet het volledige artikel. Het hele verhaal staat in De Ingenieur van april 2024. Interessant? Neem eens een proefabonnement van drie nummers voor 25 euro.

Het was niet voor het eerst dat geologen min of meer per ongeluk op een reservoir van natuurlijke waterstof stuitten. Het dorp Bourakébougou in Mali in West-Afrika maakte vanaf 2011 zelfs enkele jaren al zijn elektriciteit van waterstof die daar ter plekke werd gewonnen. Het waterstofgas, dat er met een zuiverheid van 98 procent uit de grond kwam, werd gebruikt om een generator aan te drijven.

Tot nu toe is er echter nooit systematisch gezocht naar natuurlijke waterstof – of witte waterstof, zoals het ook wel wordt genoemd. Het zou niet genoeg opleveren, was altijd de gedachte. Waterstof is het kleinste molecuul dat er bestaat en bovendien extreem reactief. Het ontsnapt makkelijk en waar het tóch in zuivere vorm in de ondergrond zit opgesloten, reageert het snel met andere stoffen. Zo reageert het met zuurstof tot water (H₂O), met koolstof tot methaan (CH₄) en met stikstof tot ammoniak (NH₃).

Maar de belangstelling voor het winnen van waterstof lijkt toe te nemen, nu de brandstof steeds vaker in grote hoeveelheden wordt aangetroffen en een steeds grotere rol krijgt toebedeeld in de energietransitie van de toekomst.

Schoon en hernieuwbaar

Waterstof is een belangrijke energiedrager en kan op verschillende manieren worden geproduceerd. Dat kost energie die grotendeels weer vrijkomt bij de verbranding. Zo kan waterstof als tijdelijke opslag dienen voor overtollige wind- of zonne-energie. Het voordeel van waterstof boven groene stroom is dat het als gas of vloeistof is te vervoeren en zo als brandstof voor auto’s en vliegtuigen kan dienen. Het grote voordeel van waterstof boven aardgas is dat er bij de verbranding geen CO2 vrijkomt, maar water.

Wanneer waterstof als natuurlijke brandstof uit de ondergrond kan worden gehaald, is het geen energiedrager meer, maar een schone energiebron. Wanneer dat op grote schaal kan gebeuren, zou dat een enorme opsteker zijn voor het CO2-vrij maken van de energievoorziening.

In tegenstelling tot aardgas geldt witte waterstof als hernieuwbare energiebron. Het ontstaat onder meer bij ondergrondse reacties van water met ijzerrijk gesteente, zoals olivijn, waarbij ijzer oxideert. Ook kan waterstof ontstaan door radiolyse: het opsplitsen van watermoleculen in atomen onder invloed van radioactiviteit. Dit zijn beide processen die continu doorgaan en in diverse gebieden verspreid over de aarde plaatsvinden.

Honderden megatonnen

In 2022 presenteerden twee Amerikaanse aardwetenschappers van de US Geological Survey een model om te schatten hoeveel winbare waterstof de ondergrond wereldwijd bevat. Mogelijk zijn er langdurig honderden megatonnen natuurlijke, hernieuwbare waterstof per jaar te winnen, maar er is ook veel nog niet bekend over het ontstaan, accumulatie, migratie en houdbaarheid van dit gas, benadrukten ze. Ter vergelijking: op dit moment wordt jaarlijks ongeveer honderd megaton waterstof geproduceerd, voornamelijk grijze waterstof uit methaan.

Algemeen overzicht van een mobiele exploratiecampagne met natuurlijke waterstofputten, hier in Trittelingen in de Lorraine.
Foto: Philippe de Donato & Laetitia Vançon, Frankrijk

Gamechanger

Geofysicus Jilles van den Beukel, energiespecialist bij het The Hague Centre for Strategic Studies en geoloog Ramon Loosveld, onafhankelijk adviseur voor energiebedrijven, zien grootschalige winning niet zo snel gebeuren. Dat schreven ze begin maart op Energeia, een nieuwswebsite over de energiesector.

Hoewel waterstof dat naar het aardoppervlak ontsnapt op veel plaatsen wordt aangetroffen, geldt dat niet voor grote accumulaties van waterstof in ondergrondse reservoirs, denken zij. Ook de productie bij Bourakébougou was kleinschalig, merken zij op: de Malinezen haalden er 1500 kubieke meter waterstofgas per dag uit de grond. Dat bevat evenveel energie als drie vaten olie.

Dit is niet het volledige artikel.