Een veilige manier om waterstof te transporteren: het opzuigen als een spons en het uitknijpen voor gebruik

De opwarming van de aarde maakt dat de mensheid zo snel mogelijk moet overstappen op schone energie. Waterstof kan een belangrijke rol spelen in energieneutrale systemen. Waterstof is het lichtste element in het universum en kan drie keer zoveel energie dragen als benzine. Er komen geen broeikasgassen vrij als het wordt verbrand.

Maar de belofte van waterstof wordt al geruime tijd overschaduwd door de uitdagingen die het element stelt. Omdat het niet vrij in de natuur voorkomt, moet het worden geproduceerd uit andere energiebronnen. Om het label groen te krijgen, moeten deze bronnen hernieuwbaar zijn, bijvoorbeeld door zonne- of windenergie te gebruiken om watermoleculen te scheiden, een proces dat bekend staat als waterelektrolyse.

En omdat waterstof zo licht is, is het moeilijk te transporteren vanaf plaatsen met veel zon of wind zonder verlies aan stabiliteit of efficiëntie. “Je moet het eigenlijk op de plek gebruiken waar je het produceert”, aldus Farnaz Sotoodeh, oprichter van de Nederlandse start-up C2CAT.

Farnaz begon 15 jaar geleden na te denken over waterstofopslag en mobiliteit, toen ze haar PhD in chemische techniek behaalde aan de University of British Columbia in Canada. In 2020 richtte ze C2CAT op, dat op maat gemaakte katalysatoren ontwikkelt voor de productie en opslag van waterstof.

Met haar baanbrekende technologie voor groene waterstof bereikte C2CAT een finaleplaats in het 2023 Social Innovation Tournament van het Europese Investeringsbank-Instituut, waaraan ondernemers mogen meedoen die een verschil maken op sociaal, ethisch of milieugebied.

Opslag in een spons

Tegenwoordig vindt het transport van waterstof meestal plaats nadat het onder druk is samengeperst of vloeibaar is gemaakt onder extreem lage temperaturen. Vervolgens wordt het vervoerd in gascilinders of tankwagens. Deze oplossingen zijn duur, inefficiënt en zelfs gevaarlijk, omdat samengeperste waterstof zeer ontvlambaar is, zelfs als het maar met een kleine hoeveelheid lucht wordt vermengd.

Volgens Farnaz zou het beter zijn om waterstof op te slaan in een chemische staat, in plaats van als vrije moleculen. Dat kan met behulp van een vloeibare organische waterstofdrager - een speciale vloeistof die waterstof opneemt als een spons en vervolgens afgeeft wanneer dat nodig is. Een katalysator zorgt ervoor dat de waterstof een chemische verbinding aangaat met de vloeibare drager. Het resultaat is stabiel, ziet eruit als plantaardige olie, kan worden opgeslagen in een olievat en neemt minder ruimte in dan een hogedruktank voor waterstof.

Aan deze methode kleven echter ook nadelen. Het meest bekende probleem is dat kant-en-klare katalysatoren inefficiënt zijn en hun werk slecht doen. Katalysatoren die gebruikt worden voor waterstofopslag hebben grondstoffen nodig, zoals platina en palladium, die erg duur zijn en hun effectiviteit verliezen bij herhaald gebruik.

De oplossing van C2CAT is het creëren van krachtige, op maat gemaakte katalysatoren die speciaal zijn ontwikkeld voor waterstofopslag, die veilig en betrouwbaar zijn en die tien keer minder platina bevatten, terwijl ze vijf keer zo efficiënt en stabiel zijn. “Dit is niet alleen goed voor het milieu, maar ook voor de kapitaalpositie van bedrijfseigenaren, omdat de kosten voor het produceren van waterstof uit hernieuwbare bronnen lager worden,” stelt Farnaz.

Een oplossing waaraan jarenlang onderzoek ten grondslag ligt.

Het heeft Farnaz vele jaren gekost om deze baanbrekende technologie te ontwikkelen. “Ik hou van onderzoek, dat is mijn grootste passie,” zegt ze. “En ik vind het fijn als ik omringd ben door mensen die een doel in hun leven hebben en iets nieuws aan de wereld willen toevoegen.”

Het resultaat van haar onderzoek is bijzonder complex. Het maakt gebruik van innovatieve synthesetechnologieën, kwantumchemisch onderzoek, moleculaire modellering en kunstmatige intelligentie. Gecombineerd geven deze technieken inzicht in de chemie van een katalysator op nanoschaal.

C2CAT synthetiseert elke katalysator in het laboratorium en valideert deze vervolgens met klanten in praktijksituaties. Het bedrijf richt zich met specifieke katalysatoren voor afzonderlijke toepassingen op klanten in de chemische industrie, automobielsector en de scheepvaart. Sommige kleinere klanten gebruiken de technologie al, terwijl anderen het aan het uitproberen zijn.

“We weten dat het werkt op laboratoriumschaal, maar ze moeten het op grotere schaal testen in hun eigen fabrieken,” aldus Farnaz. “En vervolgens liggen er vraagstukken op het gebied van opschaling, synthese op grotere schaal, en certificering.”

Hoewel het proces tijd kost, heeft ze er alle vertrouwen in dat haar technologie tegen 2026 op industriële schaal zal worden toegepast.

Een mondiale gamechanger

Voorlopig concentreert C2CAT zich op de Europese katalysatormarkt, waarin volgens Farnaz € 10 miljard omgaat. Maar de ambities van het bedrijf zijn groter.

Momenteel is minder dan 0,1% van de wereldwijde waterstofproductie afkomstig van waterelektrolyse. Volgens Farnaz zou C2CAT, door groene waterstof mogelijk te maken, alleen al in Nederland 18.000 ton CO₂ per jaar besparen - het equivalent van 4.000 auto's minder op de weg. En als de technologie wereldwijd zou worden toegepast, zou volgens haar een miljard ton CO₂ per jaar kunnen worden bespaard.

“Als we waterstof veilig en praktisch weten te transporteren, verlaagt dit de prijs van groene waterstof en kunnen we waterstof overal voor elk proces gebruiken, zonder dat we het ter plekke hoeven te produceren,” zegt ze. “Dit zou een enorme impact hebben.”

Door een betere katalysator te ontwikkelen, fungeert C2CAT zelf als katalysator voor een duurzamere toekomst.