Blauwe waterstof: waterstof uit aardgas, met de CO2 onder de grond
Blauwe waterstof is waterstofgas dat wordt gemaakt uit aardgas, waarbij de kooldioxide (CO2) die bij dat productieproces ontstaat wordt afgevangen en diep onder de grond opgeslagen in plaats van de lucht in te blazen. Het idee is te vergelijken met een auto waarvan je de uitlaat niet op de open lucht aansluit, maar op een grote tank: de motor draait hetzelfde, er wordt nog steeds brandstof verbrand, maar de uitstoot verdwijnt niet in de atmosfeer. Zo probeert blauwe waterstof de klimaatwinst van waterstof te combineren met de lage kostprijs van aardgas.
Waterstof zelf is namelijk, als brandstof, heel schoon: verbrand het of zet het om in een brandstofcel, en er komt alleen water uit. Het probleem zit in hoe je waterstof maakt. Het meeste waterstof ter wereld komt nu uit aardgas zonder enige CO2-opvang; dat heet 'grijze waterstof' en is bepaald niet klimaatvriendelijk. 'Groene waterstof' wordt gemaakt met elektriciteit uit wind of zon, en is het schoonst, maar nog duur en schaars. Blauwe waterstof wil daar tussenin zitten: bijna net zo schoon als groen, maar sneller en goedkoper op te schalen omdat het leunt op bestaande aardgastechniek.
Wat is het precies?
De basis van blauwe waterstof is een scheikundig proces dat al meer dan honderd jaar bestaat: stoomreforming van methaan (de hoofdstof in aardgas). Daarbij wordt aardgas onder hoge temperatuur en druk gemengd met stoom. Het methaan (CH4) reageert met het water (H2O) en valt uiteen in koolmonoxide en waterstofgas.
In een tweede stap, de zogeheten 'water-gasshift-reactie', reageert die koolmonoxide met nog meer stoom, waarbij extra waterstof vrijkomt en de koolmonoxide verandert in kooldioxide (CO2). Het eindresultaat van dit hele proces is dus een mengsel van waterstofgas en CO2, dat je daarna van elkaar moet scheiden.
Bij 'gewone' (grijze) waterstofproductie wordt die CO2 simpelweg de lucht in gelaten. Bij blauwe waterstof wordt de CO2 juist opgevangen, meestal met chemische vloeistoffen (zogeheten amines) die CO2 als een soort spons uit de gasstroom zuigen. De opgevangen CO2 wordt vervolgens samengeperst tot een vloeibare toestand en per pijpleiding naar een opslaglocatie gepompt: vaak een leeg gasveld onder de Noordzee of een zogeheten zoutwaterhoudende ondergrondse laag (saline aquifer), waar het voor zover bekend lange tijd veilig kan blijven zitten.
Een alternatieve productiemethode is autothermische reforming (ATR), waarbij behalve stoom ook zuivere zuurstof wordt toegevoegd. Dat maakt het makkelijker om een groter deel van de CO2 in één geconcentreerde stroom af te vangen, wat de vangstpercentages in theorie kan verhogen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het achterliggende doel is de industrie, de scheepvaart, het zware wegtransport en mogelijk de verwarming van gebouwen te verduurzamen zonder te moeten wachten tot er genoeg groene stroom en elektrolysecapaciteit is. Veel industriële processen — denk aan staalproductie, kunstmestfabricage en de chemische industrie — gebruiken nu al waterstof of kunnen fossiele brandstoffen door waterstof vervangen. Blauwe waterstof moet die omschakeling betaalbaar maken terwijl de groene variant nog duur en beperkt beschikbaar is.
Daarnaast hoopt de sector dat blauwe waterstofprojecten de benodigde infrastructuur — pijpleidingen, opslagvaten, tankstations, CO2-transportnetwerken — alvast helpen opbouwen, zodat die infrastructuur later ook voor groene waterstof hergebruikt kan worden. In die zin wordt blauw vaak een 'bruggetje' of overgangstechnologie genoemd: niet het einddoel, maar een manier om nu al stappen te zetten.
Voorbeelden uit de praktijk
Het Quest-project van Shell bij Fort Saskatchewan in Alberta, Canada, draait al sinds 2015 en vangt CO2 af die vrijkomt bij de waterstofproductie voor een olieraffinaderij. Het was een van de eerste commerciële projecten van deze schaal en heeft inmiddels miljoenen tonnen CO2 ondergronds opgeslagen.
In het Verenigd Koninkrijk werkt het HyNet North West-consortium (onder meer Essar, Progressive Energy en Cadent) aan blauwe waterstofproductie in de regio Noordwest-Engeland, gekoppeld aan CO2-opslag onder de Ierse Zee; het project kreeg de afgelopen jaren groen licht voor overheidssteun en eerste investeringsbeslissingen.
In Nederland loopt het Porthos-project: een pijpleiding en opslaginfrastructuur voor CO2 uit de Rotterdamse haven, die onder de Noordzee wordt opgeslagen in lege gasvelden. Porthos is zelf geen waterstoffabriek, maar de CO2-infrastructuur die nodig is om projecten als het eerder onderzochte H-vision (blauwe waterstof uit raffinaderijgassen) mogelijk te maken.
In de Verenigde Staten heeft ExxonMobil in Baytown, Texas, plannen voor wat het bedrijf presenteert als een van de grootste blauwe-waterstofinstallaties ter wereld, met een investeringsbeslissing in 2023; de bouw en opschaling van zulke megaprojecten verlopen doorgaans traag en met vertragingen, dus de exacte oplevering blijft onzeker.
Hoe ver is de techniek?
De chemie achter blauwe waterstof — stoomreforming — is volwassen en wordt al decennia wereldwijd toegepast, alleen meestal zonder CO2-opvang. Het nieuwe, en nog volop in ontwikkeling zijnde onderdeel, is het grootschalig en betaalbaar afvangen, transporteren en permanent opslaan van de CO2 (CCS, carbon capture and storage).
Daar zitten de grootste knelpunten. In de praktijk vangen bestaande installaties vaak minder CO2 af dan beloofd: percentages van 55 tot 90% zijn gemeld, terwijl sommige nieuwe ontwerpen claimen boven de 90% te kunnen komen. Een veelbesproken wetenschappelijk artikel van Howarth en Jacobson (Cornell University, 2021) stelde dat de totale broeikasgasvoetafdruk van blauwe waterstof — inclusief methaanlekkage bij de aardgaswinning zelf — in sommige scenario's nauwelijks beter uitpakt dan het rechtstreeks verbranden van aardgas. Andere onderzoekers hebben die conclusie bekritiseerd en nuanceren dat de uitkomst sterk afhangt van hoeveel methaan er tijdens winning en transport weglekt, en van hoe hoog het CO2-vangstpercentage werkelijk is. Die discussie is nog niet beslecht.
Ook de opslag van CO2 zelf is nog relatief nieuw op deze schaal: hoewel geologen relatief vertrouwen hebben in lege gasvelden als opslaglocatie, is langjarige monitoring op zeer grote schaal nog in ontwikkeling. Daarnaast is blauwe waterstof nog steeds afhankelijk van aardgasprijzen, die sterk kunnen schommelen, wat de businesscase onzeker maakt. Wereldwijd is het aandeel waterstof dat met CO2-opvang wordt gemaakt nog klein: het overgrote deel van de mondiale waterstofproductie is nog altijd 'grijs', zonder opvang.
Wie werken eraan?
Grote energie- en gasbedrijven als Shell, Equinor, BP, ExxonMobil en Air Products investeren in blauwe-waterstofprojecten, vaak in samenwerking met industriële gasleveranciers zoals Linde en Air Liquide. In het Verenigd Koninkrijk zijn Essar, Progressive Energy en Cadent (HyNet) en bp (H2Teesside) actief; Noorwegen zet via Equinor in op blauwe waterstof en ammoniak voor export naar Europa.
In Nederland zijn onder meer Gasunie en EBN betrokken bij de CO2-infrastructuur van Porthos, en onderzoeksinstituut TNO doet technisch-economisch onderzoek naar waterstof- en CCS-opties. Canada (met het Quest-project in Alberta) en de Verenigde Staten (onder meer via het federale Hydrogen Program van het Department of Energy) horen bij de landen die het verst zijn met operationele of concrete projecten. Het Internationaal Energieagentschap (IEA) monitort de wereldwijde ontwikkeling en classificeert blauwe waterstof als 'low-carbon hydrogen', in onderscheid van groene, volledig hernieuwbare waterstof.