De dichtheid van waterstof als gas is 0,08988 kg/m³ bij standaardomstandigheden (0 °C en 1 atmosfeer druk). Daarmee is waterstof het lichtste element dat bestaat en het lichtste gas dat je in de natuur tegenkomt. Ter vergelijking: lucht heeft een dichtheid van ongeveer 1,225 kg/m³. Waterstof is dus ruwweg veertien keer lichter dan lucht.
Wat de dichtheid van waterstof precies betekent
Dichtheid geeft aan hoeveel massa er in een bepaald volume zit. Bij waterstofgas (H₂) past er maar heel weinig massa in een kubieke meter: 0,08988 kilogram. Dat is iets minder dan 90 gram per kubieke meter. Omdat waterstof zo licht is, stijgt het razendsnel op in de buitenlucht wanneer het vrijkomt. Dit is een belangrijk kenmerk bij het beoordelen van veiligheidsrisico’s en bij de opslag en het transport van waterstof.
Het getal 0,08988 kg/m³ geldt voor moleculair waterstof (H₂) in gasvorm. Atoomwaterstof (H) komt onder normale omstandigheden nauwelijks voor; moleculair waterstof is de stabiele vorm. De lage dichtheid hangt direct samen met de lage molecuulmassa van H₂: slechts 2 gram per mol.
Dichtheid van vloeibaar waterstof
Waterstof kan ook vloeibaar worden, maar daarvoor moet het extreem worden afgekoeld. Het kookpunt van waterstof ligt op 20,28 K, wat neerkomt op ongeveer min 253 °C. In vloeibare toestand neemt de dichtheid flink toe: vloeibaar waterstof heeft een dichtheid van ongeveer 70,8 kg/m³. Dat is nog steeds veel lager dan vloeibaar water (1000 kg/m³), maar vergeleken met het gas is het meer dan 700 keer zo dicht.
Dit enorme verschil maakt vloeibare waterstof interessant voor opslag en transport: je kunt er veel meer massa in een kleiner volume kwijt. Het nadeel is dat je een goed geïsoleerde, cryogene opslagtank nodig hebt die de temperatuur rond de min 253 °C houdt. Dat is technisch uitdagend en energieverslindend.
Dichtheid bij hogere druk
Waterstof wordt ook als gecomprimeerd gas opgeslagen, meestal bij 350 of 700 bar druk. Bij 700 bar stijgt de dichtheid van waterstofgas naar ongeveer 40 tot 42 kg/m³ bij kamertemperatuur. Dat is nog altijd aanzienlijk minder dan vloeibaar waterstof, maar het maakt het praktisch haalbaar om waterstof in hoge drukflessen mee te nemen, zoals in waterstofauto’s. De meeste waterstof personenauto’s gebruiken tanks van 700 bar.
| Toestand | Dichtheid (kg/m³) | Conditie |
|---|---|---|
| Gas (standaard) | 0,08988 | 0 °C, 1 atm |
| Gas (gecomprimeerd) | ~40 tot 42 | 20 °C, 700 bar |
| Vloeibaar | ~70,8 | bij kookpunt (20,28 K) |
Waarom de lage dichtheid praktisch relevant is
De extreem lage dichtheid van waterstofgas heeft directe gevolgen in de praktijk. Omdat waterstof zo veel lichter is dan lucht, verspreidt een lek zich snel omhoog en verdunt het gas razendsnel in de open buitenlucht. Dit is in open ruimtes juist een veiligheidsvoordeel ten opzichte van bijvoorbeeld aardgas of benzinedamp, die bij een lek kunnen ophopen op de grond. Binnen een afgesloten ruimte kan waterstof zich aan het plafond ophopen, wat wél een risico vormt.
Voor het energiegehalte per volume-eenheid is de lage dichtheid een nadeel. Waterstofgas bevat bij atmosferische druk per kubieke meter veel minder energie dan aardgas. Dat is precies waarom er zoveel moeite wordt gestoken in het comprimeren of vloeibaar maken van waterstof: om de energiedichtheid per liter of kubieke meter omhoog te brengen en waterstof zo bruikbaar te maken als brandstof voor voertuigen en industrie.
De dichtheid van waterstof is dus niet één enkel getal, maar hangt sterk af van de druk en temperatuur. Het basisgetal van 0,08988 kg/m³ geldt voor ongecomprimeerd gas en vormt het startpunt voor elk berekening rondom opslag, veiligheid of energieinhoud van waterstof.
