Het lijkt wel een ouderwetse goldrush. Energiebedrijven wereldwijd zoeken koortsachtig naar een pas ontdekte, schone energiebron: witte waterstof. Is het spul een oplossing voor de klimaatcrisis, of moeten we oppassen voor al te hoge verwachtingen?

De aarde heeft in de afgelopen miljarden jaren enorme hoeveelheden natuurlijke waterstof geproduceerd en opgeslagen in de aardkorst. In het vakblad Nature Reviews Earth and Environment schrijven wetenschappers recentelijk dat die voorraad in theorie genoeg is om de mensheid voor ten minste 170.000 jaar van schone energie te voorzien. In KIJK editie 9 van 2024 schreven we al een longread over de beloftes van zulke witte waterstof. Dat artikel kun je hieronder nu gratis lezen.

Er is veel veranderd

Drie jaar geleden kon je op Wikipedia nog lezen dat vrije, ongebonden waterstof in de aardkorst niet of nauwelijks voorkomt. Dat is ook niet zo gek. Waterstof mag dan het meest voorkomende molecuul in het heelal zijn, in de aardkorst bindt het zich altijd snel aan andere moleculen. Met zwavel vormt het bijvoorbeeld waterstofsulfide, met zuurstof maakt het water en met koolstof ontstaat methaan.

Verder is waterstof – een combinatie van twee waterstofatomen – het kleinste en lichtste molecuul dat bestaat. Mocht het al ongebonden blijven, dan ontsnapt het razendsnel door spleten uit de aardkorst in de atmosfeer. Dacht men.

Er kan in drie jaar veel veranderen. Anno 2025 zal iedere geoloog je waarschijnlijk vertellen dat de aardkorst juist grote hoeveelheden vrije waterstof bevat. Er is zelfs zoveel dat het zijn eigen naam heeft gekregen: witte waterstof. Volgens de U.S. Geological Service bevat de aarde genoeg witte waterstof om eeuwenlang in de energiebehoefte van de wereld te voorzien.

Er zijn inmiddels ook al een stuk of vijftig bedrijven met plannen om naar dit ‘witte goud’ te boren. De grootste voorraad, 45 miljoen ton, is tot nu toe aangeboord in een grondwaterreservoir in de Franse streek Lotharingen. Als je bedenkt dat de wereld op dit moment zo’n 90 miljoen ton waterstof per jaar produceert, is dat een gigantische hoeveelheid.

Lees ook:

• Waar kunnen we waterstof écht voor gebruiken?
• Kun je een benzinemotor op waterstof laten lopen?

Teleurgestelde olieboorders

Hoe is het mogelijk dat al die waterstof zo lang aan ieders aandacht is ontsnapt? “De afgelopen decennia zijn er wel degelijk geologen geweest die bij boringen op vrije waterstof zijn gestuit”, zegt de Amerikaanse energie-expert Emily Yedinak. Zij maakte in 2021 voor het Amerikaanse ministerie van Energie een inventarisatie van allerlei onderzoeken waarbij vrije waterstof werd gevonden in de aardkorst. “Maar dat gebeurde altijd door geologen die het ontstaan van de aarde onderzochten, en die weinig interesse hadden in waterstof als energiebron.” Yedinak ontdekte ook dat Dmitri Mendelejev, de bedenker van het periodiek systeem der elementen, al in 1888 constateerde dat er waterstof uit de grond ontsnapte in een steenkoolmijn in Oekraïne.

Olie-en gasbedrijven hebben tienduizenden gaten in de aardkorst geprikt. Zijn die ooit ook op witte waterstof gestuit? “De kans dat je witte waterstof zult aantreffen op plaatsen waar olie en gas zit, is miniem”, stelt Yedinak. “Vrije waterstofmoleculen zullen in zo’n omgeving altijd reageren met koolstof en zo methaan vormen. Verder zochten olie- en gasbedrijven nooit expliciet naar waterstof. Ze zullen dan ook niet hun best hebben gedaan om de eventuele aanwezigheid ervan te registreren.”

In de jaren veertig en vijftig stuitten olieboorders in Australië niettemin op waterstof in de aarde, op meerdere locaties zelfs. Yedinak: “Soms ging het daarbij om een gasmengsel dat wel voor 85 procent uit waterstof bestond. De boorders waren destijds ontzettend teleurgesteld, ze wilden namelijk olie vinden en geen waterstof.” De rapporten van deze waterstofvondsten verdwenen in archiefkasten, en lagen daar meer dan een halve eeuw stof te verzamelen. Momenteel worden ze weer opgevist en gebruikt door Australische bedrijven die zich op witte waterstof storten.

Startschot in Mali

De oorsprong van de huidige rush op witte waterstof ligt in het Afrikaanse Mali. In 1987 werd bij Bourakébougou, een stadje met vierduizend inwoners, gewerkt aan een nieuwe waterput. Tijdens de werkzaamheden begon uit een bijna 100 meter diep boorgat plotseling een harde wind te waaien. Toen een van de omstanders zich met een brandende sigaret over de put boog, explodeerde het gas in zijn gezicht. Hierna slaagden de boorders er slechts met veel moeite in om de put weer af te sluiten met cement. Dat leek het einde van het verhaal; het mysterieuze gat bleef hierna 25 jaar dicht.

In 2012 kocht de Malinese zakenman en politicus Aliou Diallo het gebied waarin de put zich bevond. Diallo was nieuwsgierig en gaf een Canadees oliebedrijf de opdracht te onderzoeken wat nu precies die wind was die uit het gat waaide. De conclusie was opzienbarend: het gas bestond voor 98 procent uit pure waterstof. Diallo liet hierop een Ford-motor ombouwen zodat deze op waterstof kon draaien. De motor joeg vervolgens een generator aan die de bewoners van Bourakébougou jarenlang zou voorzien van elektriciteit.

Zes jaar later publiceerde Diallo samen met de Franse geoloog Alain Prinzhofer het eerste wetenschappelijk rapport over de Malinese waterstof in de International Journal of Hydrogen Energy. Het bevestigde een idee dat al langer sluimerde bij een aantal geologen: er zitten wel degelijk aanzienlijke hoeveelheden vrije waterstof in de aardkorst. Niet veel later schatte de U.S. Geological Service dat er grofweg tientallen miljarden tonnen witte waterstof in de aardkorst zitten. De beer was los. Plotseling kwamen uit alle delen van de wereld meldingen van waterstofvondsten.

Grijze, groene en witte waterstof

Hoeveel van al die witte waterstof uit de grond gehaald kan worden? Dat is volgens René Peters, gasexpert van TNO, nog een onbeantwoorde vraag. Mocht dat op grote schaal mogelijk zijn, dan komt dat wel als een soort manna uit de hemel. Het is namelijk duidelijk dat alle zonne- en windenergie bij elkaar onvoldoende zullen zijn voor het realiseren van het belangrijkste klimaatdoel: het voorkomen dat de aarde opwarmt met meer dan 1,5 graden Celsius. Naast groene elektriciteit heeft de wereld daarom ook een andere energiebron nodig, voor het koolstofvrij maken van industrieën en zware transport. Op papier is waterstof een perfecte kandidaat: wanneer je het molecuul verbrandt, ontstaat er naast energie alleen water.

Het grote probleem tot nu toe was dat waterstof eerst gemáákt moest worden. “En als je waterstof eerst moet produceren, is het geen energiebron maar een energiedrager”, zegt Peters. “Het kost namelijk energie om die waterstof te produceren, en de productie ervan zal ook weer CO₂-emissies veroorzaken.” De meeste waterstof wordt op dit moment gemaakt door methaan bij hoge temperatuur te laten reageren met stoom. De productie van deze ‘grijze waterstof’ – die onder meer gebruikt wordt voor de productie van cement en kunstmest – veroorzaakt jaarlijks 900 miljoen ton aan CO₂-uitstoot.

Behalve grijze is er ook groene waterstof. Dat verkrijg je via de elektrolyse van water, een proces waarbij alleen waterstof en zuurstof ontstaan en dus geen CO₂. Maar om dit spul groen te mogen noemen, moet je zorgen dat je alleen groene stroom gebruikt, dus opgewekt door windturbines, zonnecentrales, waterkracht of met kernenergie. Het probleem? Het maken van deze groene waterstof pakt wel drie tot vier keer zo duur uit als het maken van grijze. Waar de productiekosten van grijze waterstof variëren van 0,80 tot 2,75 euro per kilo, kost het maken van groene waterstof 4,20 tot 11,50 euro per kilo.

Zelfs als maar een déél van alle vrije, witte waterstof op een betaalbare manier te winnen is, zou deze brandstof fors goedkoper zijn dan groene waterstof. Volgens Yedinak zou ‘wit’ zelfs goedkoper kunnen zijn dan ‘grijs’: “Je hoeft namelijk niet meer te investeren in alle apparatuur die je nodig hebt voor het maken van grijze waterstof.” Witte waterstof zal wel hogere transportkosten met zich meebrengen. Waar de grijze en groene varianten gemaakt kunnen worden op de plek waar het ook wordt gebruikt, bijvoorbeeld pal naast een cementfabriek, moet witte waterstof eerst worden vervoerd van de bron naar de gebruiker.

Deksel erop

“Met witte waterstof beschikt de wereld over een enorme potentiële voorraad fossielvrije, relatief goedkope brandstof”, zegt Peters. Geen wonder dat er plotseling – vooral in Australië, de Verenigde Staten en Frankrijk – koortsachtig wordt geboord naar het witte goud.

Maar hoe weten geologen waar ze moeten zoeken? “Het ontstaat vooral op plaatsen waar water in de aardkorst reageert met ijzerhoudende gesteenten”, legt Peters uit. Het mooie is dat dit type gesteente in maar liefst 70 procent van de aardkorst aanwezig is. “Bij hoge druk en temperaturen boven de 200 graden Celsius oxideert het ijzer in deze gesteenten door zuurstof te onttrekken aan water, waarbij dan vrije waterstofmoleculen achterblijven. Vervolgens is er dan nog een ondoordringbaar gesteente nodig, zoals een zoutkoepel, zodat de waterstof gevangen zit.” Ontbreekt zo’n ‘deksel’, dan ontsnappen de kleine waterstofmoleculen snel naar de atmosfeer.

In de bodem van Australië ontstaat witte waterstof ook op een andere manier. Yedinak verklaart: “Door de aanwezigheid van natuurlijke radioactiviteit splitst water daar in zuurstof en waterstof.” Ten slotte zijn er ook nog geologen die menen dat er waterstof uit de gloeiend hete kern van de aarde kan ontsnappen. De theorie over deze oerwaterstof – die sinds het ontstaan van de aarde in de kern zit – is echter omstreden.

Nog niet bewezen

Het enthousiasme over witte waterstof is groot. Maar hoe terecht is dat? Er mogen dan inmiddels vondsten gemeld zijn in de VS, Australië, Spanje, Frankrijk, Oman, Canada, Rusland, Japan en Nieuw-Zeeland, tot nu toe zijn de bewoners van het Malinese dorp Bourakébougou de enigen die daadwerkelijk gebruik maken van energie die wordt opgewekt met witte waterstof. En dat is dan nog op een zeer bescheiden schaal.

Sommige experts zijn dan ook sceptisch. Michael Barnard, een Amerikaanse journalist en adviseur op het gebied van de energietransitie, benadrukt dat nog lang niet bewezen is dat deze waterstof betaalbaar gewonnen kan worden. Hij wijst erop dat het bij de grootste vondst tot nu toe, die in het Franse Lotharingen, opgelost zit in het water van een ondergronds reservoir dat doorloopt tot 3000 meter diepte “Niemand weet precies wat er naast waterstof in dat reservoir zit, hoe je het waterstof dan uit het water moet halen en wat daarvan de kosten zullen zijn”, aldus Barnard.

Het winnen van witte waterstof zou ook het broeikaseffect kunnen versterken. Volgens de U.S. Geological Service ontsnapt nu al 95.000 ton waterstof per jaar op natuurlijke wijze uit de aardkorst. Eenmaal in de atmosfeer draagt het indirect bij aan het opwarmen van de aarde. Het waterstof vertraagt namelijk de afbraak van methaan – en methaan is een veel sterker broeikasgas dan CO₂. Mochten bedrijven massaal naar het witte goud gaan boren, dan is de kans groot dat er nog veel meer waterstof zal weglekken in de atmosfeer.

Het is bijna onvoorstelbaar hoe snel de ideeën over witte waterstof zijn veranderd. Een paar jaar geleden las je nog dat vrije waterstof in de aardkorst onbestaanbaar was. Nu duikt het ene na het andere verhaal op over nieuwe vondsten. De komende jaren moeten leren of deze energiebron inderdaad in grote hoeveelheden te winnen is, en ons kan helpen om de klimaatcrisis te beteugelen.

Is er witte waterstof in Nederland?

Er heerst wereldwijd een rush op witte waterstof. De kans dat er in Nederland ook naar het witte goud zal worden gezocht, is klein.   

Kunnen we in ons land ook stuiten op witte waterstof? “Er zijn in Nederland bij gasboringen weleens zeer lage concentraties waterstof gemeten”, vertelt René Peters, gasexpert bij TNO. “Maar de geologen met wie ik spreek, denken dat de kans klein is dat er veel witte waterstof in de Nederlandse bodem zit. We hebben niet die ijzerhoudende gesteenten in de bodem waarin witte waterstof gemakkelijk kan ontstaan. Ook de radioactieve componenten zoals die in Australië te vinden zijn en die helpen bij de productie van waterstof in de grond ontbreken hier.”

Rob Jetten, tot voor kort minister van Klimaat en Energie, achtte de kans ook klein dat de Nederlandse bodem witte waterstof bevat. “Voor zover bekend zijn er bij de duizenden Nederlandse boringen in de diepe ondergrond nooit significante hoeveelheden waterstof gemeten en zijn er nergens in Nederland natuurlijke emissies van waterstof waargenomen”, schreef hij in februari 2024 in een antwoord op een Kamervraag.

Vulkanisch eiland

Niettemin heeft de overheid TNO gevraagd om te onderzoeken of er misschien tóch witte waterstof te vinden valt in ‘onze’ bodem. Om precies te zijn: in de bodem van de overzeese gebiedsdelen. Peters: “We gaan bij TNO in de eerste plaats beter bestuderen onder welke omstandigheden waterstof in de bodem ontstaat en zich verzamelt. Als we dat begrijpen, kunnen we kijken waar we moeten gaan zoeken.”

Hij acht de kans het grootst dat op Saba (zie foto) waterstof in de bodem zit. “Dat is een vulkanisch eiland, en daar zitten doorgaans meer ijzerhoudende grondlagen waar je mogelijk waterstof kunt vinden.”

Tekst: Teake Zuidema

Bronnen: Science, Joule

Openingsbeeld: 123RF

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!