Elke ochtend om half zes staan de chauffeurs van de Amsterdamse waterstofbus twintig minuten aan de pomp. In die tijd worden de gascilinders bovenop de bus behoedzaam volgeperst met waterstofgas onder extreem hoge druk (350 atmosfeer). Daar kan de bus tweehonderd kilometer mee rijden, net voldoende voor een dag. Die situatie is verre van ideaal; uitgebreide checks zijn nodig om de veiligheid te garanderen en het samenpersen van de waterstof kost veel energie.
Maar misschien worden de gascilinders ooit vervangen door een tank met een paar honderd kilo ijs. Daarvan droomt men bij Delft Chem Tech, waar men sinds kort onderzoek doet aan de opslag van waterstof in ijs, ‘waterstofhydraat’ genoemd. IJs kan namelijk 5 procent van zijn gewicht aan gas bevatten, onder een veel lagere druk dan nu gebruikt wordt. Een personenauto met 120 kilo waterstofhydraat aan boord (zes kilo waterstof) zou daarmee vijfhonderd kilometer kunnen rijden.
Gashydraten zijn gasmoleculen die zitten opgesloten in poreus ijs. In de natuur zijn gashydraten met methaan aangetroffen onder de toendra en op de bodem van oceanen. Overal waar methaan onder hoge druk en lage temperatuur in aanraking komt met water, ontstaat methaanhydraat. Ook gashydraat met waterstof is theoretisch mogelijk, maar tot voor kort beschouwde men het als praktisch onuitvoerbaar. Bij een druk lager dan 2300 atmosfeer valt het al uiteen.
Op de TU Delft doet men al jaren onderzoek naar stoffen die gashydraten ook onder lagere druk intact houden. ‘Promotoren’ worden zulke stoffen genoemd. In de groep van thermodynamicus Cor Peters is momenteel de stof tetrahydrofuraan (THF) favoriet, een stof die verwant is aan aceton en bekend staat als oplosmiddel. De ringvormige moleculen van THF blijken de moleculaire holtes in het ijs te stabiliseren. In die holtes worden de gasmoleculen opgeslagen. Het gashydraat ziet eruit als een fluffy soort ijs.
Tot voor kort werkte Peters alleen met methaan, maar dat veranderde begin dit jaar plotseling door een telefoontje van de noorderlichtredactie. Energiedeskundige Prof. Joop Schoonman was gebeld met de vraag of gashydraten ook met waterstofgas gevormd konden worden in plaats van met methaan. Schoonman dacht van niet, omdat de benodigde druk veel te hoog zou zijn. De volgende ochtend, onder de koffie, legde Schoonman de vraag voor de zekerheid aan Peters voor. Die wist dat toevoeging van een geschikte promotor de benodigde druk aanzienlijk kon verlagen en besloot een poging te wagen. Peters: “Met een stof als THF erbij zakt de druk tot honderd atmosfeer en dan praat je over werkbare omstandigheden.”
Het onderzoek binnen Delft Chem Tech, het vroegere Gebouw voor Scheikunde, is sindsdien in een stroomversnelling geraakt. Schoonman wist geld te vinden om een postdoc aan te trekken die inmiddels aan de slag is: De Argentijnse Laura Rovetto onderzoekt sinds juni de vorming en de stabiliteit van waterstofhydraat onder verschillende omstandigheden. Peters zelf heeft andere bezigheden: in april vroeg hij octrooi aan en begin mei bezocht hij Amerika voor een presentatie aan de industrie. Een soortgelijke bijeenkomst voor de Europese industrie staat voor september op het programma. Maar de kroon op het werk moet de aanstaande publicatie in Science worden. Peters glundert en op het laboratorium aan de Julianalaan heerst opwinding. Alles vanwege een vingerhoedje ijs in een zuurkast.
Herman Kuiper, afdelingschef van Shell Global Solutions, reageert voorzichtig optimistisch: “Ik vind het een interessant onderzoek, maar voordat je het kunt vertalen naar een opslagsysteem, zul je veel meer moeten weten over de veiligheidsaspecten. Bijvoorbeeld: wat gebeurt er als het hydraat per ongeluk ontdooit? Maar ook: gaat die promotor THF je brandstofcel niet beschadigen? Het onderzoek heeft mogelijk grote potentie, maar het verkeert nog in een pril stadium.”
Bij Shell onderzoekt men momenteel andere opslagmethoden: onder extreem hogere druk (tot zevenhonderd atmosfeer) of in de vorm van metaalhydriden (scheikundige binding van waterstof aan metaal) wat waarschijnlijk loodzware brandstoftanks op zal leveren. In vergelijking met de alternatieven lijkt opslag van waterstof in gashydraten –hoe pril ook- een aantrekkelijke optie.