Waterstof staat aan begin van nieuwe hype cycle

Van draaggas en brandstof tot middel voor energieopslag. Waterstof is van meet af aan omgeven met de hoogste verwachtingen en zou het vervoer te land, ter zee en in de lucht drastisch veranderen. De hype cycle van het meest voorkomende en veelbelovendste element van het universum.

Jules Verne gaf in zijn roman ‘L'Île Mystérieuse’ (1874/1875) een fraaie impressie van hooggespannen verwachtingen, toen hij hoofpersoon ir. Cyrus Smith liet zeggen:

“Ja, mijn vrienden, ik geloof dat water op een dag zal worden gebruikt als brandstof, dat de waterstof en zuurstof waaruit het bestaat, afzonderlijk of samen, een onuitputtelijke bron van warmte en licht zullen vormen met een intensiteit waar steenkool niet aan kan tippen. Eens zal het ruim van een stoomboot of de tender van een locomotief, in plaats van met kolen, geladen zijn met deze twee samengeperste gassen, die zullen branden met een enorm calorisch vermogen.” De held in Vernes verhaal besluit zijn betoog met de woorden: “Water is de steenkool van de toekomst.”

Hydrogène

Waterstof werd in 1766 ontdekt door de Britse natuurwetenschapper Henry Cavendish. De naamgever was de Franse scheikundige Antoine Lavoisier, die in 1783 het woord hydrogène ('watervormend') bedacht. In datzelfde jaar maakte zijn landgenoot Jacques Charles de eerste vlucht met een waterstofballon.

Doorbraken

Wat volgde was een lange aaneenschakeling van telkens nieuwe wetenschappelijke doorbraken en daaruit voortvloeiende nieuwe toepassingen. Johan Deiman en Adriaan Paets van Troostwijk toonden in Teylers Museum te Haarlem voor het eerst aan dat water door elektriciteit te ontleden is in waterstof en zuurstof, en dat deze gassen samen weer water kunnen vormen (1789). Het principe van omgekeerde elektrolyse werd in de loop van de negentiende eeuw gebruikt voor de ontwikkeling van de eerste galvanische gasbatterij, die in de twintigste eeuw verder zou evolueren in de brandstofcel.

Een achtergrondartikel over waterstof dat op 10 december 1883 verscheen in de Leeuwarder Courant bevat een rake typering van waterstof en haar plaats in de techniekgeschiedenis: "De geschiedenis van het watergas is rijk aan afwisseling. Nu eens meende men er een uitstekende brandstof in gevonden te hebben en bouwde men zich luchtkasteelen van de algemeene aanwending, dan weer liet men de hoop varen er ooit iets in het groot mee te kunnen uitrichten."

Hype Cycle

Wat hier wordt beschreven is niets anders dan wat in onze tijd wel de hype cycle wordt genoemd. De hype cycle is een grafiek om het rijpingsproces van een nieuwe technologie te visualiseren, ontwikkeld door het Amerikaanse onderzoeksbureau Gartner. De essentie van de hype cycle is dat een innovatie nooit in een rechte lijn afstevent op blijvend succes. Voordat ze toe is aan haar definitieve doorbraak, zal ze een fase doormaken waarin de aanvankelijk hoge verwachtingen niet kunnen worden waargemaakt en waarin de verdere ontwikkeling staakt. De curve van de hype cycle daalt naar het minpunt tot de zogenaamde trough of disillusionment.

Reële verwachtingen

Pas daarna begint de curve weer te stijgen, de industrie verbetert het product en in de laatste fase vlakt de curve af naar een constant niveau van reële verwachtingen. Voor de opeenvolgende nieuwe toepassingen van waterstof als draaggas, brandstof of energieopslag lijkt te gelden dat ze steeds blijven steken in deze trough of disillusionment. Het citaat uit de Leeuwarder Courant heeft in 136 jaar dan ook niets aan actualiteit ingeboet. De verwachtingen omtrent waterstof zijn telkens niet of maar half ingelost.

Chemische googeltruc
Uit Jules Verne's passage in ‘Het Geheimzinnige Eiland’ blijkt dat hij waterstof zag als een zelfstandige brandstof. Tot op de dag van vandaag een wijdverbreid misverstand. Maar in de tijd dat hij de roman schreef was het een logische inschattingsfout. Elektriciteit werd nog voornamelijk met batterijen opgewekt. Met een chemische goocheltruc leek er uit het niets elektrische energie te ontstaan, waarmee waterstof kon worden geproduceerd. Pas later drong door dat de productie van een wezenlijke hoeveelheid waterstof, door elektrolyse of thermolyse, veel energie kost. Het besef dat waterstof geen zelfstandige energiebron bleek te zijn, maar slechts een energiedrager, is misschien wel de grootste tegenvaller geweest.

Raketmotor

De ramp met de Hindenburg-Zeppelin (1937) zorgde ervoor dat het gebruik van waterstof als draaggas voorgoed in een trough of disillusionment belandde. Hoewel de Frans-Zwitserse uitvinder Isaac de Rivaz in 1807 al een voertuig bouwde, voortgedreven door een op waterstof lopende verbrandingsmotor, zou de ontwikkeling van de waterstofmotor pas vanaf de jaren vijftig een substantieel karakter krijgen. Om te beginnen als raketmotor. Ook de eerste serieuze pogingen voertuigen te laten lopen op brandstofcellen dateren uit die jaren.

Opslagmiddel

In onze tijd investeren automerken als Honda, Toyota en Hyundai fors in ‘Fuel Cell Electric Vehicles’. Het Koninklijk Instituut voor Ingenieurs voorziet in het vorig jaar (2018) gepresenteerde ‘KIVI-Energieplan’ een grote rol voor waterstof als opslagmiddel van te veel geproduceerde zonne- en windenergie in 2050. Ook als het gaat om zwaar transport – vrachtvervoer, treinen en schepen – heeft het Energieplan grote verwachtingen van de combinatie groen geproduceerde waterstof en brandstofcellen.

Waterstoftrein

Sinds september vorig jaar (2018) rijdt in het Duitse Nedersaksen de eerste waterstoftrein ter wereld, de Alstom Coradia LINT, die de testfase is ontgroeid. Een trein van hetzelfde type moet dit jaar bij wijze van proef de dieseltrein tussen Groningen en Leeuwarden vervangen. In 2020 zal Japan de Olympische Spelen aangrijpen om Tokio te transformeren in een Hydrogen Society, met busvervoer op waterstof en een netwerk van waterstoftankstations. Waterstof staat onmiskenbaar aan het begin van een nieuwe hype cycle.

 
Auteur: Fanta Voogd