Les 1 Introductie en verkenning

Les 1. Introductie en verkenning

In deze les leer je:

1. Ontdekking van waterstof

2. De rol van waterstof in de energietransitie

3. Hoe de waterstofketen werkt

4. Quiz

5. Uitleg over de opdracht: maquette

Wat weten jullie al over waterstof?

Kennis van de leerlingen verkennen en hierop aanhaken. (verbindingen leggen met deze module).

1. Ontdekking van waterstof

• Robert Boyle (1671)
• Een beroemde wetenschapper

die graag experimenteerde

• Ijzervijlsel + verdund zuur = 

'brandbaar gas'

• Henry Cavendish (1766)
•  Antoine Lavoisier (1783)

       

Robert Boyle

Robert Boyle, een beroemde wetenschapper uit de 17e eeuw, ontdekte in 1671 dat wanneer ijzer reageert met verdund zuur, er een brandbaar gas vrijkomt. 

In het experiment plaatste Boyle ijzervijlsel in een oplossing van verdund zuur. Hij merkte op dat er gasbellen ontstonden en dat het gas dat vrijkwam zeer brandbaar was. Dit was een belangrijke ontdekking omdat het leidde tot een beter begrip van chemische reacties en de eigenschappen van gassen.

Henry Cavendish 1766 beschreef de chemische eigenschappen ervan.

Antoine Lavoisier gaf het de naan waterstof.  afgeleid van de Griekse woorden "hydor" (water) en "genes" (maken).

Waterstof heeft als scheikundig component H2 en is het kleinste molecuul dat er bestaat. 

Het wordt geproduceerd door middel van elektrolyse. Dit is een methode waarbij er spanning staat op water, via een anode en een kathode. 

De rol van waterstof in de energietransitie

• Elektrolyse
• Schone energiedrager
• Water splitst op in H₂ en O₂ Geen CO₂-uitstoot

Link Afbeelding: https://allesoverwaterstof.nl/s-werelds-grootste-pem-elektrolyser-in-gebruik-genomen/

Waterstof speelt een steeds belangrijkere rol in de energietransitie, vooral vanwege zijn potentieel als schone energiedrager. Groene waterstof, geproduceerd via elektrolyse van water met hernieuwbare energie, biedt een duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen. Dit proces splitst water in waterstof en zuurstof, zonder CO₂-uitstoot

 

Waarvoor bruikbaar?

• Brandstof
• Grondstof (chemische industrie)
• Opslagmedium

Waterstof kan worden gebruikt als brandstof voor voertuigen, als grondstof in de chemische industrie, en als opslagmedium voor hernieuwbare energie. Het biedt oplossingen voor capaciteitsproblemen van het elektriciteitsnet en kan helpen bij het balanceren van vraag en aanbod van energie. Bovendien kan waterstof worden ingezet in sectoren waar directe elektrificatie moeilijk is, zoals de zware industrie en langeafstandstransport.

De ontwikkeling van een waterstofeconomie vereist echter aanzienlijke investeringen in technologie, infrastructuur en regelgeving. Maatschappelijke acceptatie en economische haalbaarheid zijn cruciale factoren voor de succesvolle implementatie van waterstofprojecten. Samenwerking tussen overheden, industrie en onderzoeksinstellingen is essentieel om de technologische innovaties en beleidsmaatregelen te versnellen.

3. Waterstofketen

4 hoofdcomponenten:

• Productie
• Opslag
• Transport
• Distributie

De waterstofketen omvat verschillende stappen, van productie tot eindgebruik, en speelt een cruciale rol in de energietransitie. Deze keten kan worden onderverdeeld in vier hoofdcomponenten: productie, opslag, transport en distributie, en eindgebruik. Elk van deze componenten heeft specifieke technische en economische uitdagingen en mogelijkheden.

Productie van 

Waterstof

Waterstof kan op verschillende manieren worden geproduceerd, afhankelijk van de gebruikte energiebron en technologie. De meest duurzame methode is de productie van groene waterstof via elektrolyse, waarbij hernieuwbare energie wordt gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Dit proces vereist elektriciteit van bronnen zoals wind- en zonne-energie, waardoor er geen CO₂ vrijkomt.

Andere methoden omvatten de productie van grijze waterstof, waarbij fossiele brandstoffen worden gebruikt, en blauwe waterstof, waarbij CO₂ wordt afgevangen en opgeslagen. Hoewel deze methoden minder duurzaam zijn, spelen ze een rol in de overgangsfase naar een volledig groene waterstofeconomie.

Opslag van Waterstof

• Gasvormig (700bar) 
• Vloeibaar (-253°C)
• Vaste vorm

Gasvormig: voertuigen

Vloeibaar: Raketbrandstof ook Daimler/Mercedes-Benz Trucks

Vast: Veilig transport, geen hoge druk nodig.

Opslag is een cruciaal onderdeel van de waterstofketen, omdat het de continuïteit van de energievoorziening waarborgt. Waterstof kan worden opgeslagen in gasvormige, vloeibare of vaste vorm. Gasvormige opslag vereist hoge druk (tot 700 bar), wat technische uitdagingen met zich meebrengt. Lichtere tanks en geavanceerde materialen worden ontwikkeld om deze opslag efficiënter te maken.

Vloeibare opslag vereist extreem lage temperaturen (-253°C), wat energie-intensief is en speciale cryogene tanks vereist. Deze methode is geschikt voor grootschalige opslag en transport over lange afstanden. Vaste opslag, zoals in metaalhydriden, biedt een veilige en efficiënte manier om waterstof op te slaan, hoewel de technologie nog in ontwikkeling is.

Meer info: https://duurzaammbo.nl/opslag-van-waterstof

Transport en Distributie van Waterstof

• Waterstofnetwerk
• Tankwagen met tube trailer

Transport en distributie zijn essentieel om waterstof van productieplaatsen naar eindgebruikers te brengen. Waterstof kan worden getransporteerd via pijpleidingen, tankwagens of schepen. Pijpleidingen zijn de meest efficiënte manier voor grootschalig transport, vooral binnen industriële clusters. In Nederland wordt gewerkt aan de aanleg van een waterstofinfrastructuur, met pijpleidingen die industriële clusters en havens verbinden.

Tankwagens en schepen zijn geschikt voor transport over lange afstanden en naar locaties zonder pijpleidinginfrastructuur. Deze transportmethoden vereisen speciale tanks en veiligheidsmaatregelen om lekkage en ontvlambaarheid te voorkomen.

Eindgebruik van Waterstof

Waterstof kent diverse toepassingen, variërend van mobiliteit tot industriële processen en energieopslag. In de mobiliteitssector wordt waterstof gebruikt in brandstofcellen voor voertuigen, waarbij waterstof wordt omgezet in elektriciteit. Dit biedt een emissievrije oplossing voor transport, vooral voor zware voertuigen en langeafstandstransport.

In de industrie wordt waterstof gebruikt als grondstof voor de productie van ammoniak, methanol en andere chemische producten. Het kan ook dienen als brandstof voor industriële processen die hoge temperaturen vereisen. Daarnaast biedt waterstof oplossingen voor energieopslag, waarbij overtollige hernieuwbare energie wordt omgezet in waterstof en later weer in elektriciteit. Dit helpt bij het balanceren van vraag en aanbod in het elektriciteitssysteem.

Wat gebeurt er in onze omgeving?

https://waterstofkaart.missieh2.nl/nl/

Bij deze slide kan in de regio gekeken worden wat er praktisch gebeurd. Vraag de leerlingen waar ze wonen en of ze dit kennen

4. Quiz

Wie gaf het gas dat Robert Boyle ontdekte uiteindelijk de naam "waterstof"?

1. Robert Boyle
2. Henry Cavendish
3. Antoine Lavoisier
4. Isaac Newton

Hoe wordt waterstof geproduceerd?

1. Doormiddel van elektrolyse (brandstofcel)
2. Komt vrij bij verbranding van brandstoffen
3. Door olie te kraken
4. Is uit de lucht te filteren

Wat is groene waterstof?

1. Waterstof met hoge CO2-uitstoot
2. Waterstof uit fossiele brandstoffen
3. Waterstof uit kernenergie
4. Waterstof geproduceerd met hernieuwbare energie

In welke vorm kan waterstof worden opgeslagen?

1. In vloeibare vorm
2. Als vaste stof in kristallen
3. In metalen hydrides
4. Als gas in hoge druk tanks

Waarom wordt waterstof onder hoge druk opgeslagen?

Wat is een voordeel van vloeibare waterstofopslag?

1. Lage energiekosten
2. Geen verdampingsverliezen
3. Hogere energiedichtheid dan bij gasvormige opslag
4. Eenvoudige technologie

Waarom is brandstofceluitstoot milieuvriendelijk?

1. Hoge CO2-uitstoot
2. Schoon water
3. Fijnstof
4. Geen schadelijke gassen

5. Maquette

• Uitleg van de maquette opdracht
• Welke informatie in deze les is belangrijk voor de maquette?
• Waarmee moet er rekening worden gehouden bij de gekozen onderdelen?
• Maak een schets van je maquette, met een legenda en korte toelichting per onderdeel.

Leg de leerlingen uit dat er een maquette gebouwd gaat worden. Geef hierbij aan wat de wensen en eisen hiervan zijn.

Om de informatie te filteren kan er gewerkt worden met kaarten op tafel. Bv. Wet van boyle, Brandstofcel, infrastructuur, vloeibare opslag etc.

Na filteren hiervan kan gevraagd worden waarmee rekening gehouden moet worden bij de gekozen kaarten. Bv. hoge druk.

Variant op de maquette: Bouwplan maken: Van theorie naar ontwerp

Laat leerlingen een bouwplan maken:

Welke onderdelen komen erin?

Welke materialen heb je nodig?

Waar komt tekst en uitleg bij?

Zorg dat ze maximaal 5 kernonderdelen kiezen, bijvoorbeeld:

Elektrolyse-apparaat

Opslagtank (gasvormig of vloeibaar)

Pijpleiding of tankwagen

Brandstofcel in een vrachtwagen

Tijd over?