Waterstof uit de bergen? Een verborgen energiereserve

Foto boven: Een opslagtank voor vloeibare waterstof op Kennedy Space Center in de VS - DOE

De energietransitie draait op volle toeren. Overal wordt gezocht naar manieren om minder van olie, kolen en aardgas afhankelijk te worden.

In die zoektocht wordt waterstof vaak genoemd als een van de belangrijkste energiedragers van de toekomst. Het gas kan gebruikt worden voor zwaar transport, de staalindustrie, kunstmestproductie en mogelijk zelfs voor opslag van duurzame energie.

Een opslagtank voor vloeibare waterstof op Kennedy Space Center in de VS - DOE

Waterstof nu nog lastig te produceren

Toch zit er een groot probleem aan waterstof. Het is namelijk geen energiebron die je zomaar uit de grond haalt, zoals aardgas. Vrijwel alle waterstof die vandaag wordt geproduceerd, ontstaat nog steeds met behulp van fossiele brandstoffen. Daarbij komt veel CO₂ vrij.

Advertentie

Groene waterstof – gemaakt met duurzame elektriciteit via elektrolyse – is schoner, maar voorlopig nog duur en energie-intensief. Daarom kijken wetenschappers steeds nadrukkelijker naar een verrassend alternatief: natuurlijke waterstof die diep in de aardbodem ontstaat. En opvallend genoeg zouden grote Europese bergketens zoals de Pyreneeën en de Alpen daarvoor bijzonder interessant kunnen zijn.

Waarom waterstof zo belangrijk wordt

Waterstof heeft aantrekkelijke eigenschappen. Bij gebruik komt geen CO₂ vrij, alleen waterdamp. Bovendien bevat het veel energie per kilogram. Vooral sectoren die moeilijk volledig elektrisch kunnen worden, zoals zware industrie, luchtvaart of scheepvaart, zien waterstof als een belangrijke en kansrijke oplossing. Maar de productie ervan blijft voorlopig de achilleshiel.

De meeste huidige waterstof is zogenoemde ‘grijze waterstof’, gemaakt uit aardgas. Dat proces veroorzaakt juist extra uitstoot van broeikasgassen. Er bestaat ook ‘blauwe waterstof’, waarbij een deel van de geproduceerde CO₂ wordt afgevangen en opgeslagen, maar ook daarbij blijven fossiele brandstoffen nodig.

Hoe ontstaat natuurlijke waterstof?

De duurzaamste variant is nu ‘groene waterstof’, geproduceerd met elektriciteit uit zon en wind. Alleen vraagt dat enorme hoeveelheden duurzame stroom én kostbare installaties. Daardoor is groene waterstof voorlopig nog relatief duur. Precies daarom groeit de belangstelling voor natuurlijke waterstof: waterstof die de aarde zelf produceert.

Advertentie

Volgens nieuw internationaal onderzoek speelt de geologie van berggebieden bij de productie van natuurlijke waterstof een cruciale rol. Wetenschappers van onder meer het GFZ Helmholtz Centrum voor Geowetenschappen en de Universiteit van Lausanne onderzochten hoe natuurlijke waterstof diep in de aardkorst kan ontstaan.

Tektonische bewegingen liggen aan de basis

De sleutel ligt bij gesteenten uit de aardmantel die door tektonische bewegingen, miljoenen jaren geleden dichter bij het aardoppervlak terechtkwamen. Dat gebeurde tijdens het ontstaan van gebergten zoals de Alpen en de Pyreneeën.

Toen tektonische platen eerst uit elkaar bewogen, ontstonden diepe slenken en breukzones. Later botsten die platen juist weer op elkaar, waardoor bergketens omhoog werden gedrukt. Daarbij kwamen gesteenten uit grote diepte langzaam dichter aan de oppervlakte.

Zodra deze mantelgesteenten in contact komen met water én de temperatuur precies goed is, treedt een chemische reactie op: serpentinisatie. Daarbij ontstaat waterstofgas.

Bergen als natuurlijke waterstoffabrieken

De onderzoekers ontdekten dat erosie bij dit proces een verrassend belangrijke rol speelt. Regen, sneeuw, ijs en rivieren slijten bergen voortdurend af. Daardoor kunnen diepe gesteenten verder omhoog komen, wat de omstandigheden voor waterstofvorming juist kan verbeteren.

Als bergen té snel afslijten, kunnen gesteentelagen waarin waterstof zich ophoopt juist verdwijnen. Ook kunnen temperaturen dan te sterk veranderen, waardoor de chemische processen minder efficiënt worden. Erosie werkt dus als een delicate regelknop: een beetje helpt, te veel werkt tegen.

Een transportleiding voor waterstof - EERE

Welke plekken lijken geschikt?

Met geavanceerde computermodellen vergeleken de onderzoekers verschillende Europese gebergten. Vooral de Pyreneeën blijken voor natuurlijke waterstofvorming zeer gunstige omstandigheden te hebben. Ook de Alpen tonen volgens de modellen interessant potentieel.

Dat betekent overigens niet dat er morgen al grootschalige winning plaatsvindt. De omstandigheden moeten net zo precies samenkomen als bij olie- en gasvelden: de waterstof moet gevormd worden, zich kunnen verzamelen én opgesloten blijven in geschikte gesteentelagen.

Een toekomst onder onze voeten?

De ontdekking voedt de hoop dat natuurlijke waterstof ooit een aanvullende schone energiebron kan worden. In Mali wordt (voor elektriciteitsproductie) lokaal al natuurlijke waterstof gewonnen. Wetenschappers vragen zich nu af of ook grootschalige voorraden bestaan die economisch winbaar zijn.

Als dat lukt, zou natuurlijke waterstof een belangrijke rol kunnen spelen in het creëren van een koolstofarme economie. Niet als wondermiddel dat alle problemen oplost, maar wel als extra bouwsteen naast zon, wind, batterijen en groene waterstofproductie.

Er zijn nog veel vragen

Toch zijn er nog veel vragen. Waar bevinden zich voldoende grote voorraden? Hoe snel wordt nieuwe waterstof gevormd? En hoe duurzaam is de winning ervan op lange termijn?

De komende jaren zal daarom veel extra onderzoek nodig zijn. Maar één ding wordt steeds duidelijker: diep onder sommige bergketens zou wel eens een onverwachte energiebron verborgen kunnen liggen, een bron die de aarde zelf al miljoenen jaren produceert.