De mensheid bevindt zich momenteel nog in een Type 0-beschaving, wat wordt geclassificeerd als pre-planetair. Dit houdt in dat we qua energie nog steeds grotendeels afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen, die zijn ontstaan uit vergane resten van planten en dieren die honderden miljoenen jaren geleden diep in de aarde zijn bedolven. Hoewel deze brandstoffen zeker effectief zijn, zijn ze eigenlijk ook behoorlijk primitief. Fossiele brandstoffen leveren veel energie bij verbranding, maar dit proces produceert ook CO₂ , wat bijdraagt aan de huidige klimaatverandering. Daarnaast zijn het niet-hernieuwbare bronnen, wat betekent dat ze niet vanzelf worden aangevuld en uiteindelijk opraken. Men schat dat dit binnen ongeveer 100 tot 200 jaar zou kunnen gebeuren!

De snelle groei van de wereldbevolking en het toenemende energieverbruik maken de overstap naar duurzame energiebronnen en energiedragers onvermijdelijk.

Zou de mensheid ooit een Type I-beschaving kunnen bereiken???

Het bereiken van een hoger niveau op deze schaal van ons huidige Type 0 naar een Type I-beschaving, zou een revolutionaire stap zijn voor de mensheid. Het zou betekenen dat we in staat zijn om alle energie van onze planeet te benutten. Dit zou betekenen dat we meer controle krijgen over de energieproductie, door verder te gaan dan fossiele brandstoffen en volop in te zetten op duurzame bronnen zoals zonne-, wind- en geothermische energie.

Tegelijkertijd groeit de waterstofproductie razendsnel en wordt het gezien als een van de meest veelbelovende duurzame energiedragers. Dankzij de veelzijdigheid en het ontbreken van CO₂-uitstoot bij verbranding speelt waterstof een sleutelrol in de energietransitie. Nederland speelt hierin een leidende rol en investeert volop in waterstoftechnologie en infrastructuur.

Het bereiken van al deze opschalingen zou waarschijnlijk een ongekend niveau van wereldwijde samenwerking en coördinatie vereisen, iets wat in onze huidige 'beschaving' door de aanhoudende geopolitieke spanningen onrealistisch is. Daarnaast zullen de kosten om dit te verwezenlijken veel te hoog zijn.

• Technologische integratie:

  Hoe ver is technologie geïntegreerd in het dagelijks leven van de burgers? Wordt het gebruikt voor communicatie, vervoer, gezondheidszorg, of zelfs voor de controle van de omgeving?
• Sociale organisatie:

  Hoe is de samenleving georganiseerd? Is er een democratisch systeem, een dictatuur, of een andere vorm van bestuur? Hoe zijn de sociale structuren en de verdeling van middelen?
• Ethiek en waarden:

  Welke ethische normen en waarden hanteren de burgers van de beschaving? Zijn er duidelijke regels en wetten die nageleefd worden?
• Kennisverspreiding:

  Hoe wordt kennis en informatie verspreid binnen de beschaving? Is er vrije toegang tot onderwijs en wetenschappelijke informatie?
• Milieu-impact:

  Hoe gaat de beschaving om met zijn omgeving? Wordt er rekening gehouden met duurzaamheid en het behoud van natuurlijke bronnen?
• Intergalactische interactie:

  In hoeverre heeft de beschaving contact met andere beschavingen, en hoe verloopt deze interactie?
• Culturele expressie:

  Hoe uit de beschaving zijn cultuur, kunst, en creativiteit?
• Zelfreflectie:

  Is de beschaving in staat om kritisch naar zichzelf te kijken en zijn eigen vooruitgang te evalueren?

Al deze criteria zijn onderling verbonden en beïnvloeden elkaar. De Kardashev-schaal is een nuttig hulpmiddel, maar het geeft slechts een deel van het complete beeld van een beschaving.

Een planetaire beschaving 

Mensen gebruiken al 'n paar honderd jaar fossiele brandstoffen, maar de grootschalige toepassing is vooral in de 19e eeuw begonnen. Steenkool werd gebruikt om huizen te verwarmen, treinen en schepen aan te drijven en fabrieken van energie te voorzien. Aardolie en aardgas werden later ontdekt en kregen een steeds grotere rol in onze samenleving, vooral voor vervoer en elektriciteitsopwekking. We staan nog maar aan het begin van het benutten van hernieuwbare energiebronnen zoals windenergie, zonne-energie, getijdenenergie en geothermische energie.

• Het wereldwijde vermogen van hernieuwbare energiebronnen bedroeg eind 2022 bijna 3400 GW, met een toename van 510 GW in 2023. Volgens het World Energy Investment-rapport van het IEA zal de wereldwijde investering in hernieuwbare en CO2-arme energie in 2026 naar verwachting € 2,2 biljoen bedragen. Dit bedrag vertegenwoordigt een aanzienlijk deel van de totale energie-investeringen, waarbij de investeringen in fossiele brandstoffen naar verwachting 'maar' € 1,1 biljoen zullen zijn. 
• Naar verwachting zal het groene energievermogen in 2030 bijna verdrievoudigd zijn, waarmee de wereld op koers ligt om de laatste klimaatafspraken te halen en de opwarming van de Aarde onder anderhalve graad te houden. Zowel in China als India groeit de productie van groene elektriciteit sterk. Momenteel is wereldwijd ongeveer 13% van de verbruikte energie hernieuwbaar, een percentage dat aanzienlijk moet stijgen om de temperatuurstijging te beperken tot anderhalve graad.

  Bron: Hernieuwbare energiebronnen

Windenergie

Windenergie, hoewel duurzaam, heeft enkele nadelen. Het is onbetrouwbaar door de variabele windsterkte, wat kan leiden tot stroomuitval bij weinig wind. Daarnaast kunnen geluidsoverlast, slagschaduw en visuele impact op het landschap voor hinder zorgen bij omwonenden. Verder vormen windmolens een risico voor vogels en vleermuizen, en de bouw en onderhoud van windparken vereisen energie en grondstoffen. 

De energie van de straalstroom

Hoewel het idee om de energie van de straalstroom te benutten aantrekkelijk is vanwege de hoge windsnelheden en het potentieel voor grootschalige energieopwekking, maken de huidige technologie en praktische overwegingen het een uitdagende onderneming. Hoewel er aanzienlijke hoeveelheden energie in de straalstroom aanwezig zijn, brengt het efficiënt en betrouwbaar winnen ervan tal van obstakels met zich mee.

Een overzicht van de complexiteit:

• Technische uitdagingen

Grote hoogte: Straalstromen stromen op hoogtes die te hoog zijn voor traditionele windturbines, waardoor innovatieve oplossingen nodig zijn, zoals windenergiesystemen op grote hoogte, zoals vliegers, luchtschepen of zwevende luchtvaartuigen.

• Stabiliteit en controle

Het handhaven van stabiele platforms op dergelijke hoogtes, met name bij wisselende windomstandigheden, is een grote technische uitdaging

• Materiaalkunde

Het ontwikkelen van lichtgewicht, duurzame en temperatuurbestendige materialen voor constructies op grote hoogte is cruciaal.

• Energieoverdracht

Het efficiënt overbrengen van opgewekte elektriciteit van grote hoogte naar de grond, zowel mechanisch als elektrisch, is een andere uitdaging.

 Praktische aandachtspunten:

• Kosteneffectiviteit

De ontwikkeling en implementatie van grootschalige windenergiesystemen op grote hoogte is waarschijnlijk duur en kan de economische haalbaarheid beïnvloeden.

• Milieueffecten

Mogelijke effecten op weerpatronen, vogeltrek en andere omgevingsfactoren moeten zorgvuldig worden overwogen.

• Veiligheid

Het waarborgen van de veiligheid van vliegtuigen en andere luchtruimgebruikers, evenals van de apparatuur zelf, is van het grootste belang.

Onderzoek en ontwikkeling:

• Opkomende technologieën

Verschillende bedrijven en onderzoeksgroepen onderzoeken verschillende benaderingen, waaronder vliegers, luchtschepen en windturbines in de lucht. Wetenschappers blijven de kenmerken en het potentieel van de straalstroom voor energiewinning bestuderen.

Getijdenenergie

Getijdenenergie is een betrouwbare bron omdat eb en vloed voorspelbaar zijn, in tegenstelling tot wind- of zonne-energie. 

‘s Werelds krachtigste getijdenenergie turbine op weg naar Schotland

De energie die de Orbital 02 zoals de turbine heet, opwekt wordt via een flexibele kabel afgevoerd naar de zeebodem, waar een ondergrondse kabel de elektriciteit naar het vaste land vervoert. Deze turbine is momenteel operationeel in de wateren bij Orkney, Schotland en levert elektriciteit aan het elektriciteitsnet. De Orbital 02  produceert 2 megawatt (MW) energie. Dit komt overeen met de energiebehoefte van ongeveer 2.000 Britse huishoudens en bespaart jaarlijks ongeveer 2.200 ton CO₂ -uitstoot.

Bron: Channel 4 News

Sinds 2021 ligt de turbine bij Orkney en is er een verbinding met het stroomnet. Hoewel het genoeg energie kan leveren voor ongeveer 2000 Britse huishoudens, kiest Orbital Marine Power voor een andere aanpak: de opgewekte stroom wordt gebruikt door een elektrolyser om groene waterstof te produceren. (Wat waterstof is, wordt verderop behandeld)

Deze strategie biedt Orbital de mogelijkheid om de bredere toepassingen van getijdenenergie te onderzoeken, naast de directe opwekking van elektriciteit, en een bijdrage te leveren aan de ontwikkeling van een waterstofeconomie. Er liggen hierin echter nog wel een aantal uitdagingen zoals opschaling, kosten en veiligheid. 

Getijdenenergie heeft wereldwijd potentieel, maar wordt nog niet op grote schaal toegepast. Zuid-Korea heeft momenteel de grootste geïnstalleerde capaciteit, gevolgd door Frankrijk en Engeland. Nederland heeft ook ambities en projecten op dit gebied, maar wordt geconfronteerd met hoge kosten en de noodzaak van nieuwe infrastructuur. 

Geothermische energie

Geothermie, of aardwarmte, heeft een veelbelovende toekomst als duurzame energiebron. Over het algemeen wordt geothermische energie als duurzamer beschouwd dan waterstof, voornamelijk vanwege de lage CO₂ -uitstoot en het feit dat het een hernieuwbare bron is. Aardwarmte in Nederland is een duurzame methode om woningen te verwarmen, vooral in het kader van de overgang naar aardgasvrij wonen. Voor de industrie wordt het minder vaak toegepast, omdat de temperatuur van het water uit aardwarmtebronnen vaak niet hoog genoeg is voor industriële processen.  

Waterstof is de toekomst van duurzame energie

Boek: Groene energie voor iedereen: hoe waterstof en elektriciteit onze toekomst dragen...

De publicatie van het boek is toegankelijk voor een breed publiek en biedt zowel professionals als geïnteresseerden waardevolle inzichten in de mogelijkheden van groene waterstof en elektriciteit. Download nu het boek en ontdek hoe deze energiedragers onze samenleving kunnen transformeren naar een duurzame toekomst.

Download het boek gratis via onderstaande link.

Link naar downloadpagina

Wereldwijd investeren landen miljarden in waterstofprojecten, met name in 'groene' waterstof die wordt geproduceerd uit duurzame energiebronnen zoals zon, wind en waterkracht. Tegen 2030 zullen miljoenen tonnen van deze nieuwe energiedrager en brandstof in Europa worden geïntroduceerd als vervanging voor olie en gas.

Wat is waterstof?

Waterstof is het meest voorkomende element in het universum, maar het komt niet als een puur, ongebonden element in de natuur op Aarde voor. Het bindt zich meestal met andere elementen, zoals met zuurstof in water (H₂O). 

Waterstof (H₂) ontstaat o.a. door het splitsen van water (H₂O) in waterstof (H) en zuurstof (O) door middel van elektriciteit, een proces genaamd elektrolyse. De elektriciteit kan geleverd worden door zonne- en windenergie of door waterkracht.

Waterstof kan ook geproduceerd worden uit aardgas, maar bij deze methode komt CO₂ vrij bij verbranding. Dat is immers opgeslagen in het aardgas, dat voornamelijk uit methaan bestaat. Methaan (CH₄) kan óók gesplitst worden in koolstof (C) en waterstof (H₂). Dit proces wordt methaanpyrolyse genoemd. 

• Methaanpyrolyse is een manier om waterstof te produceren zonder de uitstoot van koolstofdioxide (CO₂), aangezien de vrijkomende koolstof als een vaste stof wordt opgeslagen wat betekent dat er geen CO₂-uitstoot is bij dit proces. Dan krijg je turquoise waterstof. Dit is een tussenstap tussen grijze en groene waterstof, waarbij de vrijkomende koolstof als vast materiaal wordt opgevangen in plaats van als CO₂ in de atmosfeer. 

• Terwijl elektrolyse het proces is waarbij water (H₂O) wordt gesplitst in waterstof en zuurstof met behulp van elektriciteit. Dit gebeurt in een elektrolyse-installatie, waarbij water onder spanning wordt gezet. Als de elektriciteit afkomstig is van hernieuwbare bronnen (zoals zonne-, wind- of getijdenenergie), wordt dit als een duurzame manier van waterstofproductie beschouwd en is dus een groene waterstof.

Soorten waterstof

Er zijn enkele soorten waterstof te onderscheiden: grijze waterstof, groene waterstof, blauwe waterstof en er is ook turquoise waterstof. De kleur geeft aan hoe de waterstof wordt geproduceerd. Daarnaast wordt er nu ook witte waterstof geproduceerd, die van nature voorkomt in de aardkorst. Later meer over deze bijzondere 'kleur', oftewel de unieke manier waarop deze waterstof ontstaat.

Naast zuurstof, bindt waterstof zich ook met koolstof (C) in organische verbindingen zoals methaan (CH₄) en andere koolwaterstoffen. Verder kan waterstof zich binden met stikstof (N), bijvoorbeeld in ammoniak (NH₃), en met halogenen zoals chloor (Cl) in waterstofchloride (HCl). 

Grijze waterstof

Grijze waterstof wordt gemaakt met fossiele brandstoffen. Tijdens dit productieproces komt er CO₂ vrij omdat in fossiele brandstoffen CO₂ zit opgeslagen. Grijze waterstof is daarom het minst duurzaam van de drie.

• Dit is momenteel wereldwijd wél de meest gebruikte methode om waterstof te produceren. Zo wordt 80% van de geproduceerde waterstof gemaakt uit aardgas. Daarom blijft de uitstoot van CO₂ op zo'n hoog niveau!
• De reden hiervoor is dat het goedkoop is en dat hiermee in een korte periode veel geproduceerd kan worden.

Groene waterstof

Voor het maken van groene waterstof is een duurzame energiebron nodig, zoals zonne-energie, windenergie of waterkracht. De stroom van deze energiebronnen wordt gebruikt om met behulp van elektriciteit water om te zetten in waterstof.

• Bij het genoemde en getoonde proces van elektrolyse komt er geen CO₂ vrij
• Er wordt op dit moment nog weinig groene waterstof geproduceerd, omdat de kosten hiervoor een stuk hoger liggen dan bij de productie van grijze waterstof.

Blauwe waterstof

Blauwe waterstof wordt gemaakt door de CO₂ van grijze waterstof op te vangen en deze op te slaan in bijvoorbeeld een leeg gasveld. Om deze CO₂ op te slaan en te transporteren is er veel energie nodig. Dit gaat ten koste van de waterstofproductie. Daarnaast komt het vaak voor dat een gedeelte van de CO₂ ontsnapt en alsnog in de lucht terecht komt. Het maken van ‘blauwe’ waterstof is een dure methode en wordt daarom nog weinig gebruikt.

Turquoise waterstof

Dit is een type waterstofproductie waarbij methaan (uit aardgas of biogas) wordt gesplitst in waterstofgas en vaste koolstof, zonder directe CO₂-uitstoot.

Waterstof als energiedrager

Een misvatting over waterstof is dat het vaak gezien wordt als een energiebron. Echter, waterstof is geen energiebron maar een energiedrager. Dit betekent dat waterstof de energie kan opslaan en transporteren, die zoals we zagen is opgewekt door elektrolyse met behulp van een energiebron.

De fossiele brandstoffen aardolie, aardgas en steenkool zijn primaire energiedragers, omdat ze direct uit de natuur worden gewonnen. Secundaire energiedragers, zoals elektriciteit opgewekt in een centrale, ontstaan door de omzetting van andere energiebronnen. Elektriciteit opgewekt door windmolens, zonnepanelen of getijden wordt een secundaire energiedrager genoemd, omdat het afkomstig is van primaire energiebronnen zoals zonlicht, wind, waterkracht, aardolie, aardgas en steenkool.

Een voorbeeld van waterstof als het gaat om brandstof zoals in brandstofcellen voor elektrische voertuigen.

Verbranding van waterstof

Waterstof wordt verbrand door een reactie aan te gaan met zuurstof, waarbij warmte en water (waterdamp) vrijkomen. Dit kan in een verbrandingsmotor, maar ook in een brandstofcel, waarbij de vrijgekomen energie wordt omgezet in elektriciteit. Wanneer waterstof wordt verbrand of omgezet in elektriciteit, komt de opgeslagen energie en warmte vrij, zonder enige schadelijke uitstoot. Dit maakt waterstof een schone brandstof, maar het is belangrijk om te beseffen dat de duurzaamheid zoals we zagen afhangt van de manier waarop de waterstof wordt geproduceerd.

Witte waterstof

Dit is een vorm van waterstof die ontstaat door chemische reacties in de diepere grondlagen van de aarde, bijvoorbeeld in combinatie met ijzer.

Hoe komt waterstof in een gesteente?

Waterstof kan op verschillende manieren in gesteenten terechtkomen, maar een veelvoorkomende manier is door de reactie van water met ijzerhoudende gesteenten, een proces dat serpentinisatie wordt genoemd. 

Serpentinisatie vindt plaats wanneer mafische en ultramafische rotsen worden geoxideerd, en de anaërobe oxidatie van ijzer (Fe2+) door protonen van water leidt tot de vorming van waterstof (H2) en de transformatie naar serpentijn. Hoe werkt dat?

Enorme hoeveelheid witte waterstof gevonden in ondergronds reservoir in Frankrijk ...