De energiedichtheid van waterstof bij 1 bar is ongeveer 11 kJ per liter. Dat betekent dat bij een opbrengst van gemiddeld 250 liter per dag bij atmosferische druk het waterstof zonnepaneel per jaar ongeveer 1000 MJ (250 liter x 365 dagen x 11 kJ per liter) aan waterstof produceert.
Het is heel moeilijk en gevaarlijk om vloeibaar te maken. Per liter waterstofgas is de energiedichtheid slechts 11 kJ (bij 1 bar druk) of 2.200 kJ (bij 200 bar). Benzine heeft een energie dichtheid van 43.000 kJ per kg of 30.000 kJ per liter.
Waterstof is ook het lichtste gas dat we kennen, maar onder hoge druk heeft het per kg wel een hoge energie dichtheid van 120 megajoule (MJ). Dat is bijna drie keer zo veel als aardgas (45 MJ per kg).
Sinds 2010 zijn de kosten van de productie van waterstof met behulp van elektrolyse gedaald van ongeveer € 15 / kg waterstof tot vandaag ongeveer € 7 / kg, zoals we net berekenden. Dit zou de komende 5 tot 10 jaar verder moeten kunnen dalen tot circa € 2-3 / kg waterstof.
Een moderne elektrolyse-installatie heeft een efficiëntie van ca 80%. Elektrolyse met een efficiëntie van 100% verbruikt 39 kWh voor de productie van 1 kg waterstof. Dus voor de productie van 1 kg waterstof is ca. 48,75 kWh nodig.
Productie van groene waterstof
In 2025 zou een productieprijs tussen de 2,40 en 2,70 euro per kg mogelijk moeten zijn. Een kuub waterstofgas weegt 90 gram, dus 11,1 kuub waterstofgas weegt 1 kg. Daarmee komt de kale productieprijs van waterstof uit op: 2,70 / 11,1 = 24,3 eurocent.
Het grote knelpunt zit 'm in de opwekking (elektrolyse) en opslag van de waterstof. Dit is beduidend duurder dan aardgas en dus zal een bewoner niet zomaar instemmen met het overschakelen van aardgas naar waterstof. In de komende jaren zal dus enige vorm van subsidie nodig zijn om dit te realiseren.
Productie, opslag en toepassing van waterstof vereisen complexe en dure apparatuur die aan allerlei veiligheidseisen moet voldoen. Dat is op huishoudelijk niveau niet zomaar mogelijk, ook niet bij een boerderij of klein bedrijf met een loods vol zonnepanelen op het dak.
Al met al is waterstof geen geschikte brandstof om onze personenauto's op te laten rijden. De toekomst voor personenauto's ligt bij batterij-elektrisch rijden. Qua energierendement en de kosten van de energie is waterstof niet concurrerend met batterij-elektrisch rijden.
Groene waterstof is nu nog een dure vorm van duurzame energie; al snel 5 keer zo duur als aardgas. Waterstof moet gemaakt worden door elektrolyse van water met elektriciteit.
De nadelen van waterstof zijn: Bij het maken van waterstof gaat energie verloren. Bij het omzetten van elektriciteit in waterstof gaat zo'n 25 procent van de energie verloren. Ook bij het omzetten van waterstof naar elektriciteit is er sprake van energieverlies: zo'n 40 procent.
De hoeveelheid waterstof die nodig is om 100 kilometer te rijden is ongeveer anderhalf tot twee keer zo duur als de stroom om een elektrische auto dezelfde afstand te laten rijden. De waterstofauto is daarmee qua brandstofkosten nog wel iets goedkoper dan een gemiddelde benzineauto.
Als we dus 1 kg waterstofgas (H2, molaire massa ongeveer 2,02 g/mol), afgerond 496 mol, willen maken, moeten we ook 496 mol, oftewel zo'n 8,9 kg water (molaire massa ongeveer 18,02 g/mol) gebruiken.
Wat kost waterstof? Waterstof reken je niet af per liter, maar per kilo. Aan de pomp betaal je gemiddeld tien euro per kilo. Er gaat zo'n vijf tot zes kilo in een waterstofauto.
Het omrekenen van m³ gas naar kWh werkt net andersom.
Standaard heeft 1 m³ Nederlands aardgas een bovenwaarde 35,17 MJ. De energetische waarde van 1 kWh staat op 3,6 MJ (of eventueel 3.600 MJ/MWh).
Waterstof is bovendien explosief in een breed concentratiegebied in besloten ruimtes bij aanwezigheid van zuurstof en een ontstekingsbron. De vluchtigheid van waterstof maakt ook dat het de neiging heeft tot lekken in bepaalde deelcomponenten zoals leidingen, drukvaten of opslagtanks.
De omzetting van elektriciteit naar waterstof gaat met een rendement van ±75 procent, de omzetting van waterstof terug naar elektriciteit met ±55 procent.
Dat heet elektrolyse. Als je waterstofgas verbrandt, ontstaat warmte en water. Je kunt de energie van elektriciteit dus met elektrolyse 'opslaan' in waterstof en de energie weer vrij laten komen uit de waterstof door het te verbranden. Elektrolyse kost natuurlijk energie.
De voor- en nadelen van een verbrandingsmotor op waterstof
De ontbrandingssnelheid van waterstof is acht keer hoger dan die van benzine. Er is dus een snellere respons en meer koppel.
Om een liter waterstofgas(0 graden 1013 HPa)) te maken heb je slechts 0.80 ml water nodig, Een mol (=2gram)waterstofgas is ongeveer 22,4liter bij bovengenoemde druk en temperatuur dus een liter waterstof is 1l/22.4l x 18gram/mol water vergt de elektrolyse van 0.80gram water en dat is dus 0.80ml ofwel 0.00080 liter ...
Remeha heeft op de Bouwbeurs als eerste Nederlandse cv-ketelproducent een prototype gepresenteerd van een waterstofketel. Deze ketel kan straks je huis verwarmen, zonder de extra isolatiekosten die een warmtepomp nodig heeft.
Door de verdringing naar kolencentrales wordt de uitstoot dus per kg groene waterstof maar liefst 22,8 kg CO2 hoger dan bij de ogenschijnlijk vuilere grijze waterstof. Voor alleen verwarming voor een gemiddeld gezin is er 409 kg waterstof per jaar nodig.
Op dit moment betaal je voor de Tesla Powerwall 2 7.500 euro, exclusief btw. Daarnaast heb je ondersteunende hardware nodig om de thuisbatterij te laten werken. Reken op ongeveer 740 euro. In totaal mag je dus rekenen op een prijskaartje van 8.440 euro voor de Tesla Powerwall 2, plaatsing niet inbegrepen.
Waterstof kan fysiek opgeslagen worden als een (gecomprimeerd) gas, cryogene vloeistof of met behulp van andere materialen waaraan het tijdelijk gebonden kan worden. De eerste twee vormen, en met name gecomprimeerd gas, worden vandaag het meeste toegepast.