Energie
Hoe AI de productie van groene waterstof kan versnellen
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Groene waterstof is de ontbrekende sleutel van een toekomst zonder fossiele brandstoffen. De reden is dat elektriciteit alleen de industrieën die afhankelijk zijn van brandstoffen en chemische grondstoffen niet volledig kan decarboniseren. Dit omvat gigantische sectoren van de economie, zoals zwaar vrachtvervoer, scheepvaart, luchtvaart, chemische productie, staalproductie en andere metallurgie, mijnbouw, enz.
Voor al deze activiteiten kan groene waterstof, direct of omgezet in ammoniak of hernieuwbare brandstoffen, helpen om activiteiten die vloeibare brandstof vereisen van energie te voorzien, maar zonder afhankelijk te zijn van fossiele brandstofbronnen.
Het potentieel van deze technologie werd recent geanalyseerd in een studie door onderzoekers van McGill University (Canada) en het Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Bhopal (India). In die studie bespreken ze de verschillende mogelijke bronnen van groene waterstof, evenals de elektrochemische methoden die kunnen worden gebruikt om duurzame vloeibare brandstoffen en andere koolwaterstofproducten te creëren.
Zij publiceerden hun bevindingen in Renewable and Sustainable Energy Reviews1, onder de titel “Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions”.
Waarom gasvormige en vloeibare brandstoffen belangrijk zijn
De belangrijkste reden om decarbonisatie na te streven is klimaatverandering, aangedreven door de toename van broeikasgasemissies, waarvan de belangrijkste CO2 is, gevolgd door methaan (CH4).
“Het niet omkeren van negatieve klimaatverandering brengt risico’s met zich mee die verband houden met economische instabiliteit, extreme weersomstandigheden en groeiende sociale ongelijkheden”
Als gevolg hiervan is het hervormen van ons op fossiele brandstoffen gebaseerde energiesysteem cruciaal. Helaas is dit verre van voltooid, zelfs met de recente toename van hernieuwbare energie, aangezien dit voornamelijk de elektriciteitsproductie heeft beïnvloed. Maar het grootste deel van de primaire energieconsumptie van de mensheid maakt geen gebruik van elektriciteit. In plaats daarvan wordt deze energie gebruikt voor verwarming, industriële productie, scheepvaart, luchtvaart, vrachtvervoer, enz. Hierdoor blijft de overgrote meerderheid van de energiebronnen nog steeds fossiele brandstoffen, waarbij kolen, olie en gas meer dan 80% van de wereldwijde energiebronnen uitmaken.
Bron IEA
Het decarboniseren van deze activiteiten kan om een paar redenen moeilijk zijn:
- Bestaande systemen kunnen niet op elektriciteit draaien, en het zal op zijn best meerdere decennia duren om de bestaande vloot van vrachtwagens, schepen, vliegtuigen, fabrieken, gieterijen, enz., te vervangen door geëlektrificeerde alternatieven.
- Veel van deze systemen hebben simpelweg geen elektrisch alternatief voor vloeibare brandstof en verbranding om efficiënt genoeg te blijven presteren.
- Groene brandstofalternatieven zijn tot nu toe te duur geweest om economisch te concurreren met fossiele brandstoffen.
Dus er is behoefte aan groene koolwaterstoffen, moleculen die voornamelijk uit koolstof- en waterstofatomen bestaan en chemisch identiek zijn aan fossiele brandstoffen, waardoor de bestaande energie-, logistieke en industriële faciliteiten kunnen worden gedecarboniseerd zonder snel te moeten elektrificeren, een taak die, afhankelijk van het geval, zeer moeilijk kan zijn (vrachtvervoer, verwarming) tot ronduit onmogelijk (luchttransport).
Overgaan naar een duurzaam energiesysteem
Het belang van groene waterstof
Waterstof is een overvloedig element, vooral in de vorm van water (H2O), maar kan niet in zijn pure vorm (H2) in de natuur worden aangetroffen. Dus, om te worden gebruikt voor de productie van groene waterstof, moet het eerst worden geproduceerd, wat energie verbruikt.
Om waterstof betekenisvol bij te laten dragen aan decarbonisatie, moet de productie ervan ook een lage CO2-voetafdruk hebben. Elektrolyse aangedreven door hernieuwbare elektriciteit is de meest bekende route, terwijl opkomende technieken waterstof ook uit biomassa-afgeleide moleculen kunnen extraheren bij aanzienlijk lagere spanningen.
Bij het gebruik van elektriciteit om waterstof te produceren voor het maken van bruikbare groene koolwaterstoffen, worden dergelijke methoden over het algemeen “Power-to-X” genoemd, waarbij “X” kan worden vervangen door gas, olie of een andere chemische stof, waarbij elektrochemische omzetting zuivere waterstof en CO2 of een andere koolstofbron omzet in bruikbare, gemakkelijk te gebruiken & op te slaan producten.
Een bijkomend voordeel van het omzetten van waterstof in andere verbindingen is dat waterstof berucht moeilijk op te slaan en te transporteren is. Methaan of vloeibare brandstoffen zijn in vergelijking veel makkelijker.
Ten slotte betekent de intermitterende aard van de productie van hernieuwbare elektriciteit dat de energieproductie soms hoger is dan de vraag, en de productie van waterstof zo’n overschot kan absorberen dat momenteel grotendeels wordt verspild.
“Methanol geproduceerd door elektrochemische reductie van koolstofdioxide kan een milieuvriendelijke energiedrager zijn met een hogere energiedichtheid vergeleken met waterstof, waardoor de kosten en uitdagingen zoals opslag en transport worden verminderd. Methaan kan worden geproduceerd door elektrochemische reductie van koolstofdioxide en kan worden opgeslagen in bestaande aardgaspijpleidingen”
De vele routes naar duurzame brandstoffen
De studie identificeert niet minder dan 16 verschillende meerwaarde-chemicaliën die kunnen worden geproduceerd met behulp van groene waterstof, zoals koolmonoxide (hoofdcomponent van syngas), mierenzuur, methanol, methaan, ethanol, ethyleen en propanol. In veel gevallen is dit een meerstapsproces met even bruikbare chemische tussenproducten.
Een andere mogelijkheid voor groene waterstof uit een elektrolyser is waterstof geproduceerd uit biomassa. Aanvankelijk zijn enkele strategieën met bacteriële afbraak geprobeerd, maar de opbrengsten bleken te laag.
Een nieuwe veelbelovende technologie is de anodische generatie van waterstof direct uit biomassa-platformmoleculen. Dit kan worden gedaan bij een aanzienlijk lagere spanning dan de gebruikelijke technieken gebaseerd op zuurstofontwikkelingsreacties (OER).
Kopergebaseerde katalysatoren worden overwegend gebruikt voor deze methode, maar hebben nog verbetering nodig om de deactivering van de katalysator te voorkomen. Het toevoegen van andere metalen of elementen, of het toevoegen van geavanceerde nanostructuren aan het bulkkoper kan de prestaties radicaal verbeteren.
AI, elektrolyzers en waterstof
Elektrolyzers, om water af te breken tot waterstof of om biomassa om te zetten in meer bruikbare verbindingen, vormen een veelbelovend gebied voor groene energie en waterstofproductie.
Tot nu toe is de verbetering van katalysatoren voor dit proces voornamelijk bereikt door veel nieuwe combinaties van verschillende elementen, soorten katalysatoren, nanostructuren en ladingsoverdrachten uit te proberen. Dit creëert echter een bijna oneindig aantal combinaties, zonder een eenvoudig wiskundig model om te voorspellen hoe een nieuw katalysatorontwerp zich in de praktijk zal gedragen.
AI zou kunnen helpen dit probleem op te lossen, aangezien het al op deze manier wordt gebruikt in andere gebieden van groene energie. Bijvoorbeeld, bij de ontwikkeling van fotovoltaïsche apparaten is AI gebruikt om de juiste bandgapen en defectenergieën in de opto-elektronische materialen te voorspellen, wat helpt de ontdekking van nieuwe materialen te versnellen.
Evenzo is AI succesvol geweest bij de ontdekking van nieuwe redox-elektrolyten voor redox flow-batterijen door een grondige bemonstering van de grote chemische ruimte voor actieve organische moleculen om geschikte elektrolyten te identificeren, of voor nieuwe elektrodematerialen voor vaste Na-ion- en Li-ion-batterijen.
Voor elektrochemische energietechnologieën zou AI een complex beeld eenvoudiger hanteerbaar kunnen maken voor onderzoekers.
“AI kan informatie verschaffen over de oppervlakteactiviteit, de locatie van actieve sites op het oppervlak met bindingsafstanden, bindingsenergieën van de reactanten, producten en intermediaire soorten van de elektrochemische reacties, gebaseerd op de kwaliteit van de data die gebruikt wordt voor het trainen van de AI-modellen”
Deze methode kan veel giswerk wegnemen en snel nieuwe en veelbelovende kandidaatmaterialen leveren die vervolgens in laboratoria getest kunnen worden.
Een ander gebruik van AI is om het proces zo te ontwerpen dat het, naast groene waterstof, ook elektrochemische valorisatie van biomassa biedt, resulterend in bruikbare zuren, aldehyden, furanen en alcoholen.
“Robuuste AI-modellen kunnen zowel op experimentele als simulatiegegevens worden toegepast om de structurele-eigenschaprelaties vast te leggen voor het rationele ontwerp van de elektrochemische reactieruimte om een goede selectiviteit, controle en hoge Faradaïsche efficiëntie van de gewenste producten te bereiken.”
Commerciële realisatie is nooit gemakkelijk
Hoewel veelbelovend en dankzij AI waarschijnlijk winstgevender en nuttiger zal worden, moet de elektrochemische productie van waterstof door elektrolyzers, uit water of uit biomassa, nog op schaal worden gerealiseerd tegen een zeer lage prijs per kilo. Alleen dan zal het efficiënt kunnen concurreren met fossiele brandstoffen.
Verdere implementaties van deze technologie zijn nodig, en niet alleen verbetering van de veelbelovende concepten in laboratoria.
Duurzaamheid, selectiviteit, stroomdichtheid en de economie op pilot-schaal moeten allemaal worden verbeterd om de veelbelovende methode op laboratoriumschaal om te zetten in iets dat kan worden ingezet op de terawatt-schaal die nodig is om kolen, gas en olie aanzienlijk uit de wereldwijde energiesystemen te verdringen.
Het is echter waarschijnlijk dat dit spoedig zal gebeuren, vooral omdat het verbeteren van de economie van elektrolyzers en groene brandstoffen waarschijnlijk enigszins makkelijker is dan het op de een of andere manier beheren van de elektrificatie van de meeste technologieën en infrastructuren die de moderne beschaving in de afgelopen 100 jaar heeft opgebouwd.
Voor beleggers blijven veel van de hierboven besproken elektrochemische routes te vroeg in de ontwikkeling om directe blootstelling aan de openbare markt te bieden. Een praktischere benadering is te kijken naar bedrijven die al de onderliggende infrastructuur die nodig is om waterstof op schaal te produceren en te gebruiken, commercialiseren. Een van de meer gevestigde beursgenoteerde opties is Bloom Energy, waarvan de solid-oxide elektrolyser- en brandstofcelftechnologieën blootstelling bieden aan de bredere uitrol van elektrochemische energiesystemen.
Investeren in hernieuwbare brandstoffen
Bloom Energy
BE Prijsgrafiek
Bloom Energy is een wereldleider in elektrolysertechnologie en brandstofcellen.
Momenteel ligt de belangrijkste markt voor het bedrijf in brandstofcellen die brandstof omzetten in hoogrendementselectriciteit zonder verbranding, waarbij een hoogtemperatuurlucht en een hoogconcentratiestroom van CO2 wordt geproduceerd. Het ontwerp is van nature modulair, waarbij meer vermogen simpelweg meer cellen vereist, tot op megawatt-schaal.
Bron: Bloom Energy
Van 2024 tot nu heeft Bloom Energy zich verlegd van de initiële markt van ziekenhuizen, afgelegen locaties en noodstroomvoorziening naar datacenters, wat heeft geleid tot een enorme groei in zowel de verkoop als de aandelenkoers.
Dit wordt ook ondersteund door de overgang van AI-datacenters naar een volledige DC-architectuur (in plaats van de huidige AC/DC-mix), waardoor ruimte en apparatuur voor AI-datacenterinfrastructuur worden bespaard.
Bloom is een partnerschap aangegaan om zijn brandstofceltechnologie te combineren met koolstofafvangtechnologie, zodat de geproduceerde energie in wezen koolstofneutraal is, zelfs wanneer deze wordt aangedreven door aardgas. En sinds 2022 is het bedrijf begonnen met de productie van hoogrendement waterstof solid-oxide elektrolyzers.
Dit geeft Bloom relevante expertise in het opschalen van elektrochemische systemen, hoewel de biomassa-elektrolyse- en CO2-conversieroutes die in de studie worden besproken, momenteel buiten hun kerncommerciële aanbod vallen.
Desondanks zouden beleggers vooral moeten investeren in het toekomstige succes van Bloom Energy op de datacentermarkt, aangezien dit veel meer de onmiddellijke succes zal bepalen dan de potentiële toekomstige uitbreiding in waterstof- en groene brandstoffenmarkten.
(U kunt meer lezen over Bloom Energy in ons investeringsrapport gewijd aan het bedrijf)
Laatste Bloom Energy (BE) aandelennieuws en ontwikkelingen
Gerefereerde studie
1. Ignacio Aguilar at al. Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 242, december 2026, 117313. https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.117313
