Les 3 opslaan van waterstof

• Techniek
• Middelbare school
• vmbo t
• Leerjaar 4

Opslaan van waterstof 

In deze les leer je:

Wat een energiedrager is

Hoe waterstof opgeslagen wordt

Quiz

Hoe sla jij energie op?

Noem een voorbeeld van iets waarin energie opgeslagen zit.

Leerlingen bedenken een voorbeeld van energieopslag in hun eigen leefomgeving

Energiedrager

Energie moet ergens in worden opgeslagen

Groene stroom moet direct worden gebruikt of worden opgeslagen.

Deze energie kunnen we opslaan in grote elektrische batterijen (accu’s). Batterijen zijn niet geschikt voor het opslaan van grote hoeveelheden elektriciteit gedurende langere tijd. Een andere optie is omzetten met een elektrolyzer in waterstof. Zo is het later weer bruikbaar voor verschillende doeleinden en kan het voor langere tijd opgeslagen worden zonder dat je energie verliest.

We spreken dan over de term: waterstof als energiedrager.

Toepassingen

Breed inzetbare brandstof

De industrie produceert nu al 800.000 ton aan waterstof per jaar! 800.000.000 kg!

Voorbeeld: Een waterstofbus gebruikt ongeveer 80 kg waterstof per dag.

800.000.000 kg ÷ (80 kg × 365 dagen) ≈ 27.000 bussen kunnen een jaar rijden

Of: 10 miljoen bussen kunnen één dag rijden.

Deze waterstof wordt gebruikt om zwavel uit ruwe olie te halen (benzine en diesel). Productie van kunstmest/chemische industrie (plastics).

Opslag van waterstof

Stel je wilt 2000 kWh aan energie opslaan:           

• 1 zeecontainer vol batterijen

• 1m3 opslagtank vol waterstof

                                                                                                  

                                                            

De industrie produceert nu al 800.000 ton aan waterstof per jaar! 800.000.000 kg!

Voorbeeld: Een waterstofbus gebruikt ongeveer 80 kg waterstof per dag.

800.000.000 kg ÷ (80 kg × 365 dagen) ≈ 27.000 bussen kunnen een jaar rijden

Of: 10 miljoen bussen kunnen één dag rijden.

Deze waterstof wordt gebruikt om zwavel uit ruwe olie te halen (benzine en diesel). Productie van kunstmest/chemische industrie (plastics).

Opslag van waterstof

Waterstof is een gas en kan hoofdzakelijk op 

drie verschillende manier worden 

opgeslagen:

• Onder druk in een drukfles
• Drukloos gebonden aan een ander materiaal
• Vloeibaar in cryogene tanks 

1. Fysieke opslag (Physical-based)

Dit betekent dat je waterstof als gas of vloeistof bewaart, zonder het aan andere stoffen te binden.

Gecomprimeerd gas

→ Waterstof wordt onder hoge druk in een stevige tank opgeslagen. Denk aan een soort supersterke gasfles.

Afgekoeld of cryogeen gecomprimeerd

→ Waterstof wordt sterk afgekoeld (bijna -253°C!) en ook onder druk gezet. Zo past er meer in een tank.

Vloeibare waterstof (Liquid H₂)

→ Als je waterstof nog kouder maakt, wordt het vloeibaar. Zo neemt het nóg minder ruimte in.

⚗️ 2. Materiaal-gebaseerde opslag (Material-based)

Hier wordt waterstof opgeslagen in of met andere stoffen. Je kunt het dan later weer "losmaken".

Adsorptie (zoals MOF-5)

→ Waterstof blijft "plakken" aan een speciaal materiaal met veel kleine gaatjes.

Vloeibare organische stoffen (zoals BN-methylcyclopentane)

→ Waterstof wordt chemisch opgeslagen in een vloeistof en kan daaruit worden gehaald.

Interstitiële waterstofverbindingen (zoals LaNi₅H₆)

→ Waterstof wordt opgenomen tussen metaalatomen.

Complexe hydrides (zoals NaAlH₄)

→ Chemische verbindingen die waterstof stevig vasthouden.

Chemische waterstof (zoals NH₃BH₃)

→ Waterstof is deel van een chemische stof. Je moet energie gebruiken om het eruit te halen.

Opdracht (5 min.)

Stel: je moet waterstofgas meenemen voor een avonturenrobot in de woestijn, in je rugzak. Doe je dit:

A.) In een sterk vat onder druk;

B.) Gebonden aan een materiaal

Gasvormig in Opslag(tanks)

700

of

350

bar

                                                                                                                                                            

Waterstof is zo klein en licht dat het overal tussendoor kan glippen. Daarom heb je tanks nodig die supersterk zijn en geen lekkage toestaan!

Qbuzz

Een waterstofopslagtank moet natuurlijk licht en supersterk zijn! Daarom keuze 3/4.

Vloeibare opslag

Vloeibare waterstof (LH₂)

Krachtige brandstof

 

vloeibaar (-253°C)                                           Cape Canaveral 

Raketbrandstof

Vloeibare waterstof (LH₂) is een van de krachtigste brandstoffen die er zijn.

Samen met vloeibare zuurstof verbrandt het in een raketmotor en geeft het enorme stuwkracht.

Dit mengsel wordt gebruikt voor het lanceren van grote raketten, zoals:

NASA's oude Space Shuttle

De nieuwe SLS-raket (voor de maanmissies – Artemis)

Soms ook bij Delta- en Atlas-raketten.

Opslag in vaste vorm

Waterstof kan zich ook hechten 

aan een metaal of poeder

Bijvoorbeeld: magnesium of 

natriumaluminiumhydride

Dit noemen we: metaal hydride opslag

Je kunt waterstof opslaan in een vaste stof, zoals een spons die het gas vasthoudt. Als je het warm maakt, komt het gas weer vrij en kun je het gebruiken.

Waterstof kan echter ook in een vaste vorm worden opgeslagen. De waterstofmoleculen kunnen zich splitsen waarna de atomen (zuivere protonen dus) worden geabsorbeerd door een metaal. Van magnesiumpoeder is bekend dat het goed waterstof kan absorberen en vasthouden. (Bron: https://www.eoswetenschap.eu/technologie/waterstof-kun-je-ook-opslaan-metaal)

                                 Ondergrondse zoutcaverne

                                         2031 in gebruik...

Hystock waterstofopslag Zuidwending

https://youtu.be/_lcgdHYGSco

Met behulp van deze investeringen zal de komende jaren in Nederland een waterstofnetwerk ontstaan van zo’n 1.200 kilometer. Hiervan zal het grootste deel bestaan uit hergebruikte aardgasleidingen.

https://www.gasunie.nl/expertise/waterstof/waterstof-door-gasleiding-veilig-en-duurzaam

Quiz

Wat is een energiedrager?

1. Een stof die energie vervoert
2. Een type voedingsmiddel
3. Een bron van energie
4. Een soort milieuvervuiling

Bij welke temperatuur kookt waterstof?

1. 25 graden Celsius
2. -200 graden Celsius
3. -252,9 graden Celsius
4. -100 graden Celsius

Wat is een voordeel van waterstofopslag in vaste vorm?

1. Minder ruimte nodig dan vloeibare waterstof
2. Veiligere opslag dan gasvormige waterstof
3. Goedkoper dan elektrische batterijopslag
4. Snelheid van opslag is hoger

Waarvoor wordt waterstof vaak gebruikt?

1. Brandstof voor voertuigen
2. Vervangen van plastic
3. Chemische productie
4. Voeding voor dieren

Kan waterstof in bestaande aardgasleidingen?

1. Nee, dat is onmogelijk.
2. Nee, alleen in nieuwe leidingen.
3. Ja, maar met voorwaarden en upgrades.
4. Ja, zonder enige verandering.

Welke methode wordt vaak gebruikt voor waterstofopslag?

1. Opslag in vloeibare stikstof
2. Compressie in hoge druk tanks
3. Fossiele brandstoffen
4. Chemische binding met uranium

Opdracht: opslag van waterstof

Jullie moeten waterstof opslaan voor een voertuig.

Welke manier kiezen jullie?

→ Gas (onder hoge druk)

→ Vloeibaar (−253 °C)

→ Vast (opgeslagen in materiaal)

Voor deze opdracht is een werkblad beschikbaar