Power-to-X: 8 dingen die je moet weten over de nieuwe superheld van het klimaat

De naam klinkt misschien als een club van superhelden, maar de X geeft, net als in een vergelijking, aan dat hij kan worden vervangen door verschillende opties.

Power-to-X (of PtX) omvat een aantal technologieën die een fundamenteel probleem oplossen: dat groene stroom van bijvoorbeeld zonnecellen en windturbines direct nadat deze is opgewekt naar de consument moet worden gestuurd om niet verloren te gaan.

Power-to-X zet overtollige stroom van groene energiebronnen om in andere vormen van energie (X), zoals chemicaliën en brandstoffen.

Zo kunnen we stroom uit wind- of zonne-energie opslaan voor bewolkte en windstille dagen.

De bekendste Power-to-X-technologie gebruikt het overschot aan groene stroom voor elektrolyse – een proces waarbij water (H₂O) wordt gesplitst in waterstof (H₂) en zuurstof (O).

Waterstof verstopt veel van zijn energie in chemische bindingen en heeft daarom veel toepassingen.

Een van de bekendste is als gas in personenwagens. Maar ook bij zwaar transport kan waterstof van pas komen. Zo heeft de rederij DFDS ambities om een pont op waterstof, te ontwikkelen, de Mercedes GenH2-Truck gaat op waterstof rijden en Airbus wil zijn eerste vliegtuig op waterstof in 2035 laten opstijgen.

Het hart van de waterstofmotor is een brandstofcel. Hierin wordt de chemische energie van waterstof die reageert met zuurstof uit de lucht omgezet in elektriciteit, die een elektromotor in de auto aandrijft.

Het voordeel van waterstof is dat brandstofcellen de energie efficiënt gebruiken en geen CO₂ uitstoten – water en warmte zijn de enige bijproducten.

Het nadeel is dat waterstofauto’s veel waterstof slurpen, wat een compleet nieuwe infrastructuur vereist voor het opladen en distribueren ervan. Het alternatief is om waterstof te verwerken in synthetische brandstoffen of ‘groene’ chemicaliën.

De energie in fossiele brandstoffen is gebonden in koolwaterstoffen, lange moleculaire ketens van koolstofatomen en waterstofatomen.

In traditionele brandstoffen als olie en steenkool ontstaan koolwaterstoffen door miljoenen jaren van ontbinding van organisch materiaal.

We kunnen ze echter ook maken via het chemische proces Fischer-Tropsch, genoemd naar de twee Duitse bedenkers ervan.

Hierbij wordt waterstof (H₂) gemengd met koolmonoxide (CO) tot een synthetisch gas (syngas). Door dit bloot te stellen aan hoge druk en temperaturen ontstaan koolwaterstoffen die met behulp van katalysatoren e-brandstoffen kunnen maken, zoals e-diesel of e-methanol.

Synthetische e-brandstoffen zijn chemisch identiek aan hun fossiele naamgenoten zonder de ‘e’ en kunnen op dezelfde manier worden gebruikt.

Aardgas kan ook synthetisch worden geproduceerd met behulp van Power-to-X.

Dit proces, methanisatie, is vergelijkbaar met de manier waarop e-brandstoffen worden gemaakt: waterstof (H₂) en koolmonoxide (CO) reageren onder hoge druk en dankzij een katalysator ontstaat er methaan (CH₄), het hoofdbestanddeel van aardgas.

In een onderzoek uit 2019 ontdekte de Deense TU dat wel 80 procent van de energie behouden blijft op de route van groene stroom naar gas en later terug naar stroom.

E-brandstoffen stoten evenveel CO₂ uit bij verbranding als natuurlijke brandstoffen.

Toch zijn e-brandstoffen een veel groener alternatief dan hun naamgenoten zonder de ‘e’.

‘Zwarte’ brandstoffen (steenkool, gas en olie) belasten het klimaat met CO₂ in twee fasen: Wanneer ze uit de grond of zeebodem worden gehaald via zware, energie-intensieve industrie, en wanneer ze worden verbrand.

Synthetische brandstoffen daarentegen worden gemaakt met behulp van overtollige groene energie.

Bovendien wordt de waterstof in e-brandstoffen duurzaam geleverd met behulp van Power-to-X. En de andere component – koolmonoxide – kan afkomstig zijn van biomassa of carbon capture-technologieën, waarbij CO₂ uit de lucht wordt gehaald en één zuurstofatoom moet afgeven.

Dit kan afkomstig zijn van elektriciteitscentrales met fossiele brandstoffen, waarbij tonnen kooldioxide anders in de atmosfeer zouden belanden.

Power-to-X kan groene aandrijving creëren waar accu’s het laten afweten – zoals voor lange vluchten, in schepen en vrachtwagens of in zeer energie-intensieve industrieën.

Dat is handig voor de energiesector, die zorgt voor stroom en warmte in de huiskamer en brandstof in de tank. In 2019 was 84 procent van ’s werelds energie nog afkomstig van fossiele brandstoffen.

Een andere energievreter is de ammoniakfabriek. In gewicht is ammoniak de op één na meest geproduceerde stof ter wereld, na zwavelzuur. Beide zijn essentiële ingrediënten van kunstmest, waar de groeiende wereldbevolking steeds meer van nodig heeft.

Ammoniak bestaat uit een krachtige chemische binding van waterstof en stikstof. Die laatste kan uit de lucht worden gehaald (de atmosfeer bestaat voor 78 procent uit stikstof), terwijl Power-to-X de waterstof kan leveren. Zo kan de jaarlijkse wereldproductie van 150.000.000 ton ammoniak groen worden gemaakt.

Ammoniak wordt ook gebruikt als brandstof in de scheepvaart en in reinigingsmiddelen en koelelementen. Bovendien is het vrij efficiënt om overtollige stroom om te zetten in ammoniak.

Vooral Europa investeert veel in Power-to-X-systemen.

Zo bouwt Finland de grootste PtX-fabriek van het land in de stad Mikkeli. Vanaf 2026 zal de installatie jaarlijks 50 megawatt elektriciteit en 12.000 ton synthetisch methaangas leveren voor stadsverwarming.

Een van de grootste projecten, zo niet het grootste ter wereld, komt in de buurt van de havenstad Esbjerg in het zuidwesten van Denemarken. Hier zal windenergie van het Noordzeewindmolenpark worden omgezet in groene ammoniak met behulp van een elektrolysecel met een capaciteit van 1 gigawatt.

Het plan is om 900.000 ton klimaatvriendelijke ammoniak per jaar te verschepen. De klimaatbesparing kan oplopen tot 1,5 miljoen ton CO₂ per jaar – alsof je 730.000 benzineauto’s van de weg haalt.

Hoewel Power-to-X veelbelovend is, heeft de technologie ook haar beperkingen.

Economisch gezien kan Power-to-X moeilijk op tegen fossiele brandstoffen. Een studie uit 2022 toont bijvoorbeeld aan dat 1 kilo Power-to-X-waterstof 5,31 euro kost om te produceren, wat veel hoger is dan de toenmalige marktprijs van waterstof uit fossiele brandstoffen (1 euro per kilo).

Vooral de dure elektrolysecellen die nodig zijn om het overschot aan elektriciteit om te zetten in waterstof drijven de prijzen van Power-to-X-producten op.

Een ander probleem is dat een derde van de groene elektriciteit die in het elektrolyseproces wordt gebruikt, verloren gaat – wat betekent dat de waterstof slechts twee derde van de energie bevat die is gebruikt om het te produceren.