Conversie
Wereldwijd wordt 95% van de waterstof op dit moment nog gemaakt via reforming van aardgas of andere fossiele brandstoffen. Dit levert echter grijze waterstof. Minder dan 5% van de productie gebeurt met elektrolyse en het resterende deel via experimentele methoden, zoals een algen bioreactor.
Stoom Methaan Reforming (SMR)
De meest gebruikte manier om waterstof te maken is reforming met het gebruik van aardgas, dit levert grijze waterstof op. Bij dit proces reageert aardgas (methaan, CH4) met water (H2O) op een hoge temperatuur (700-1.100oC) en bij hoge druk (7 – 25 bar). Door de toevoer van de energie wordt waterstof (H2) en koolzuurgas (CO2) gevormd. De benodigde warmte wordt meestal door de verbranding van een deel van het aardgas verkregen. Hierdoor is het rendement van deze techniek ongeveer 72%.
De CO2 die vrijkomt kan worden opgeslagen in ondergrondse reservoirs, zoals oude gasvelden. Als de CO2 wordt afgevangen en opgeslagen spreekt men van blauwe waterstof.
Elektrolyse
Om groene waterstof te krijgen, wordt gebruikgemaakt van elektrolyse van water. Met groene elektriciteit uit zonnepanelen of windmolens kan waterstof (H2) uit water (H2O) worden gewonnen.
Bij elektrolyse wordt door middel van elektrische stroom een chemische stof ontbonden, in dit geval schoon zoet water. Bij ontleding van water ontstaan zuurstofgas en waterstof. Met een elektrolyser kan flexibel elektriciteit omgezet worden naar waterstof, om dit vervolgens op te slaan of te transporteren.
Op industriële schaal kan met elektrolyse 50-80% van de energie uit elektriciteit omgezet worden naar waterstof.
Elektrolysers kunnen het beste gebouwd worden in standaardunits, die lokaal de ondercapaciteit in het elektriciteitsnet opvangen door waterstof te produceren, en die daarna in een breed areaal aan toepassingen kunnen worden toegepast.
Bij het behalen van hogere rendementen van elektrolysers is het met name van belang de ontstane warmte zo veel mogelijk vast te houden of slim te hergebruiken.
Er zijn verschillende vormen van elektrolyse:
Alkalyne Elektrolyse (AE)
Operationele temperatuur ligt hier tussen de 70 en 90oC. De uitlaatdruk is veelal atmosferisch. Hoewel de waterstofpuurheid iets lager ligt dan bij andere elektrolysers, is de waterstof geschikt voor de meeste toepassingen, waaronder brandstofcellen (hiermee kan van waterstof dan weer elektriciteit gemaakt worden). Het rendement van AE ligt momenteel rond de 80%.
Proton Exchange Membrane (PEM)
Deze vorm van elektrolyse wordt het meest toegepast. Hier ligt de temperatuur tussen 60 en 80oC, vergelijkbaar met AE, maar de uitgangsdruk is hier veel hoger, meestal 30 bar. Het rendement van deze productiemethode ligt rond de 73%.
Solid Oxide Elektrolyse (SOE)
De operationele temperatuur ligt hier flink hoger, tussen 700 en 900oC. Voordeel van deze methode is dat hiermee hogere rendementen kunnen worden bereikt. Deze methode wordt op dit moment verder ontwikkeld.
Algen bioreactor
Algen maken gebruik van zwavel. Bij gewone fotosynthese produceren ze vervolgens zuurstof. Wanneer er géén zwavel aanwezig is, blijken de algen geen zuurstof, maar waterstof te produceren. Ook wanneer koper wordt toegevoegd, gaan algen waterstof produceren. De techniek van de algen bioreactor is nog in ontwikkeling. De productie van waterstof op deze manier is economisch nog niet haalbaar.