Nog steeds actueel: Heeft uw nieuwe cv-ketel een brandstofcel?
Brandstofcel: wat kan er niet en wat kan er wel?
Vóór 2050 willen we van onze CO₂-uitstoot af. Om dat voor elkaar te krijgen, is veel nieuwe technologie nodig. Met alleen zonnepanelen, windmolens en warmtepompen komen we er niet. Eén van de technieken die zouden kunnen bijdragen aan de energietransitie is de brandstofcel. Maar hoe werkt een brandstofcel eigenlijk? Wat hebben we aan een brandstofcel in huis? Kunnen we met een brandstofcel elektriciteit opwekken? Het huis verwarmen? Autorijden? En is een brandstofcel eigenlijk wel zo schoon? In dit artikel leest u over de voordelen en nadelen, mogelijkheden en onmogelijkheden van de brandstofcel.
Wat is een brandstofcel?
De brandstofcel is een apparaat, waarin waterstof en zuurstof (of bijvoorbeeld een (bio-)gas) een chemische reactie met elkaar aangaan. Daarbij komt energie vrij in de vorm van elektriciteit (en warmte). Een brandstofcel is dus geen energiebron, maar een manier om de energie die is opgeslagen in bijvoorbeeld waterstof (de energiedrager) om te zetten in elektriciteit en warmte. Een brandstofcel in combinatie met een energiedrager is vergelijkbaar met een batterij of een accu, maar werkt net even anders. Ook in een batterij of accu vindt een chemische reactie plaats, maar omdat de energie erin is opgeslagen, heeft de batterij een beperkte capaciteit. Als een batterij of accu ‘op’ is, moet je die weggooien of opnieuw opladen. Dat geldt niet voor de brandstofcel. Aan een brandstofcel kun je namelijk steeds opnieuw een energiedrager toevoegen waarmee deze energie kan produceren. Zo is het keer op keer mogelijk om, bijvoorbeeld met zuurstof en waterstof, warmte en elektriciteit op te wekken. Een 'normale' elektrische auto moet van tijd tot tijd aan de oplader, maar een elektrische auto met een brandstofcel kunt u ‘gewoon’ weer voltanken. (En dan natuurlijk niet met benzine, maar bijvoorbeeld met waterstof.)
Een brandstofcel thuis
Voor de brandstofcel zijn allerlei toepassingen in en om het huis denkbaar. Diverse fabrikanten experimenteren dan ook met brandstofcellen voor het produceren van elektriciteit (bijvoorbeeld voor warmtepompen) en warmte (voor tapwater). Zo’n apparaat heeft in de meeste gevallen een aansluiting op het aardgasnet en heeft ongeveer de omvang van een koelkast. Hoewel het rendement aantrekkelijk is, zijn de kosten van het toestel nog relatief hoog. Voorlopig zal het daarom nog wel even bij experimenten blijven. Op Ameland bijvoorbeeld, waar al sinds 2014 45 BlueGEN-brandstofcellen in bedrijf zijn, die worden gevoed met aardgas. Deze brandstofcellen produceren waterstof met behulp van (bio)gas en leveren vervolgens zowel elektriciteit als warmte. De brandstofcellen voorzien honderden woningen en horecabedrijven op het eiland van stroom en warm water. Feenstra is betrokken bij diverse projecten waarbij brandstofcellen de energie leveren. We leveren en onderhouden (nog) geen brandstofcellen voor particulieren. Voorlopig doen we dat alleen op projectbasis voor bedrijven en andere organisaties.
CO₂-neutraal of toch niet?
Naast warmte en elektriciteit levert de reactie van waterstof en zuurstof ook een afvalproduct op: water! De brandstofcel stoot dus géén uitstoot CO₂ uit. Dat betekent overigens niet dat alle brandstofcellen ‘schone’ energie leveren. Voor de productie van waterstof wordt nu nog vaak aardgas gebruikt, waarvan waterstof wordt afgesplitst. Bij dit proces komt CO₂ vrij. Alleen wanneer we waterstof duurzaam produceren, bijvoorbeeld met behulp van zonne-energie of windenergie, werkt een brandstofcel CO₂-neutraal. Tóch kan de brandstofcel ons nu al helpen om minder CO₂ uit te stoten. Het grote voordeel is namelijk dat het rendement hoog is; een brandstofcel heeft voor dezelfde hoeveelheid energie minder aardgas of biogas nodig dan een traditionele cv-ketel die het gas verbrandt.
Het rendement van de brandstofcel
Tellen we de stroom en de warmte bij elkaar op, dan kan het rendement van een brandstofcel in het gunstigste geval oplopen tot zo’n 90%. Dat is een prima score. Een elektriciteitscentrale die aardgas als brandstof gebruikt, komt namelijk niet verder dan een rendement van 60%. Betekenen zulke cijfers dat de brandstofcel kan uitgroeien tot de ster van de energietransitie? Ramon de Graaff, innovatiemanager bij Feenstra, denkt van niet.
“We moeten de brandstofcel niet gaan zien als iets dat alle energie- en CO2-problemen oplost."
"Het is één van de middelen die we onderzoeken en waarmee we experimenteren. Zoals het er nu uitziet, kan de brandstofcel ons vooral helpen om gas op een heel efficiënte manier te gebruiken. Waterstof maakt het mogelijk om energie op te slaan en de brandstofcel is een handige manier om met die energie bijvoorbeeld elektriciteit op te wekken. Een belangrijk voordeel is dat je dat precies kunt doen wanneer je die elektriciteit nodig hebt. Je bent dus niet afhankelijk van de wind of de zon. Als we over een aantal jaren in staat zijn om op grote schaal waterstof te produceren met windmolens en zonnepanelen, vormen brandstofcellen een ideale manier om ervoor te zorgen dat we de energie op ieder moment kunnen gebruiken.”
Omdat de brandstofcel een hoog rendement haalt uit biogas of aardgas, ligt het voor de hand om een cv-ketel te maken waarin de brandstofcel voor de energie zorgt. De eerste modellen van zo’n apparaat zijn sinds kort inderdaad verkrijgbaar, maar de prijs is nog niet heel aantrekkelijk. De meeste deskundigen verwachten dat we de cv-ketel met brandstofcel voorlopig alleen in proefprojecten zullen tegenkomen.
Brandstofcel in de auto
Met fossiele brandstoffen, zoals diesel en benzine, wekken we door verbranding warmte op. Met zuigers en cilinders zetten we die warmte om in beweging. Daarbij gaat veel energie verloren. Het hoge rendement van de brandstofcel is dan ook heel interessant voor de auto-industrie. Er zijn al verschillenden elektrische auto’s verkrijgbaar die hun energie niet uit het stopcontact halen maar uit een brandstofcel. Waterstof tanken gaat sneller dan het opladen van een elektrische auto. Een nadeel is dat er in Europa nog maar weinig tankstations zijn waar waterstof verkrijgbaar is. Bovendien geldt ook hier dat de gemiddelde auto met een brandstofcel (‘fuel cell’) nog altijd een stuk duurder is dan een model met een benzine- of dieselmotor.
Meer lezen over nieuwe technieken en energiebronnen? Kies op de homepage van Zorgeloos Wonen onder ‘Filter op thema’ voor ‘Innovatie’.
Brandstofcel? Niks nieuws.
Is de brandstofcel een recente innovatie met futuristische trekjes? Welnee! De techniek is al bijna 200 jaar oud. De eerste brandstofcel werd in 1838 door Christian Friedrich Schönbein in elkaar geknutseld. Als brandstof gebruikte hij steenkool, dus naar onze huidige maatstaven was de uitvinding niet erg duurzaam. Elektriciteit opwekken door een chemische reactie van waterstof en zuurstof leek misschien een veelbelovend idee, maar in de loop van de jaren bleek dat andere uitvindingen, zoals de elektrogenerator en de batterij, een stuk eenvoudiger toepasbaar waren. De brandstofcel kwam voor het eerst weer serieus in beeld als energievoorziening voor het Apollo-ruimtevaartprogramma van de NASA. Sinds de jaren tachtig van de twintigste eeuw is de brandstofcel ook weer in opmars als energietechnologie voor aardbewoners.