ECN Archieven - Utilities

Op nationaal, regionaal en individueel niveau moeten keuzes gemaakt worden om het Nederlandse energiesysteem te verduurzamen. Het is belangrijk om na te gaan welke consequenties deze keuzes hebben voor de welvaart en het welzijn van verschillende groepen Nederlanders.  Dit is de oproep in een nieuw rapport van ECN, Tertium, Milieudefensie en Alliander dat een verkenning biedt van scenario’s, oplossingen en handvatten voor het werken aan dit vraagstuk.

Een beslissing die goed is voor een duurzamer Nederland in het algemeen, kan leiden tot maatschappelijke ongelijkheid op nationaal, regionaal, lokaal of individueel niveau. Ongelijkheid in de samenleving voorkomen is moeilijk, maar we kunnen wel streven naar een energiebeleid dat de ongelijkheid tussen groepen in ieder geval niet vergroot. Als de energietransitie kan leiden tot ongelijkheden, zullen beleidsmakers hier op moeten inspelen, en veranderen waar nodig. Door het bespreken van stellingen en ideeën wordt in dit rapport besproken waar volgens de geïnterviewde experts keuzes gemaakt moeten worden, of waar een visie op nodig is.

De conclusies uit het rapport

De energietransitie kan nadelige gevolgen hebben voor burgers en bedrijven als er alleen wordt gekeken naar hoe klimaatdoelen bereikt moeten worden. Uitgaan van de doelen, die doorrekenen en dan onderhandelen over de stappen is niet genoeg—ook consequenties op maatschappelijke ongelijkheid moeten meegenomen worden in de afweging. In de jaren ‘60/’70 hadden politici ook niet voorzien dat de Groningers nu zo benadeeld zouden worden door de aardbevingen als gevolg van gaswinning in hun provincie.

Op lokaal niveau moet nu al worden nagedacht over een eerlijke energietransitie. Investeringen en plannen voor aardgasvrije wijken worden bijvoorbeeld nu gemaakt. De energierechtvaardigheid moet worden mee genomen in deze en andere lokale plannen. De onderlinge verhouding en consequenties van thema’s binnen de energietransitie is daarbij nog niet genoeg in kaart gebracht. Dat kan met het burgerperspectief centraal te stellen. Als ‘Jaap’ met zijn dieselauto het stadscentrum niet meer in kan, (maar een Tesla wel) hij ook nog eens z’n baan verliest bij een bedrijf die apparaten maakt voor fossiele energieproductie. Als er dan ook na besluit van de Rijkscoördinatieregeling een windmolenpark in zijn buurt komt waar hij overlast van krijgt, wordt hij op drie manieren een verliezer van de energietransitie. Dat is onwenselijk; zowel uit maatschappelijk oogpunt, maar het zal tevens de energietransitie vertragen.

‘Energy justice’ is een relatief onbekend begrip in Nederland. Er moet meer onderzoek gedaan worden naar dit begrip als toetsingskader voor bestaand en nieuw beleid van Nederland. Met een rechtvaardig toetsingskader kan de energietransitie op een nieuwe manier bekeken worden. Dit kan beleidsmakers helpen met de enorme opgave dat er nu ligt.

De flexibiliteitsbehoefte van het elektriciteitssysteem zal verdubbelen tussen nu en 2030. In de jaren daarna – tussen 2030 en 2050 – verdrievoudigt de vraag. Dat is een van de conclusies van het Flexnet-project waarin ECN, Netbeheer Nederland en Alliander integraal de afstemming tussen vraag en aanbod van duurzame elektriciteit onderzocht. De rol voor opslag is hierin kleiner dan gedacht.

De toenemende vraag naar flexibiliteit wordt – naast een stijging in het verbruik van elektriciteit – volgens de onderzoekers vooral veroorzaakt door een snel groeiend aandeel van zon en wind in de productie van elektriciteit (tot zo’n tachtig procent in 2050). De stijgende vraag naar flexibiliteit wordt overwegend opgevangen door buitenlandse handel en binnenlandse vraagsturing.

Energieopslag zal vanwege de hoge investeringskosten minder worden ingezet dan doorgaans wordt aangenomen. Het voordeel van flexibiliteitsoplossingen om de benodigde verzwaringen van de elektriciteitsnetten te beperken, blijkt meer op tijdelijke inzet voor lokale knelpunten te liggen dan op de uit eerdere studies verwachte grote omvang van vermeden investeringen op lange termijn.

Dit zijn de belangrijkste conclusies uit het Flexnet-project van ECN, Netbeheer Nederland en Alliander.  In dit project is voor het eerst vraag en aanbod van flexibiliteit van een duurzame, CO2-vrije elektriciteitsvoorziening in Nederland tot 2050 op een integrale wijze kwantitatief onderzocht, waarbij een breed scala aan flexibiliteitsopties is meegenomen.

Toenemende vraag elektriciteit

Flexnet-projectleider Jos Sijm: ‘Door de toename van onder meer warmtepompen, elektrisch vervoer en stroomopwekking  uit zon en wind wordt de vraag naar flexibiliteit tot 2050 zes keer zo groot. De traditionele bronnen van flexibiliteit zijn de gas- en kolencentrales, deze gaan verdwijnen en ze in stand houden alleen voor het leveren van flexibiliteit is een dure oplossing. Daarom moeten we ons energiesysteem flink aanpassen om te zorgen dat nieuwe bronnen van flexibiliteit beschikbaar komen. Het systeem moet zowel grote variaties per uur van vraag en aanbod als langdurige perioden met weinig opwek uit zon en wind op kunnen vangen.’

Kansen industrie

De toenemende fluctuaties in  vraag en aanbod van elektriciteit zullen volgens de onderzoekers voor een groot deel opgevangen worden door import en export van elektriciteit, en door verschuivingen in de vraag naar elektriciteit (‘demand response’), waardoor deze vraag beter kan worden verspreid over de dag en afgestemd op het wisselende aanbod van zon en wind. Daar liggen vooral kansen voor de industrie, bijvoorbeeld door de inzet van technieken als Power-to-Gas, Power-to-Heat of Power-to-Ammonia.

Opslag is duur

Daarnaast zullen er steeds meer mogelijkheden komen om energie op te slaan, zowel voor de korte termijn als seizoensopslag. Voorbeelden hiervan zijn de Tesla Powerwall, de elektrische auto, waterkracht of Power-to-Gas. Het belang hiervan wordt door de onderzoekers echter minder groot geschat dan meestal wordt gedacht.

‘De investeringskosten voor opslagtechnieken zullen veelal zo hoog zijn, dat het moeilijk wordt om de business case voor deze oplossingen rond te krijgen. Opslag zal in specifieke situaties een oplossing zijn, maar het wordt niet het antwoord op de groter wordende fluctuaties in onze energievoorziening, tenzij deze opties tegen nog lagere kosten beschikbaar komen dan we hebben aangenomen, of vanuit andere behoeftes in het energiesysteem terecht komen en dan daarnaast alsnog als flexibiliteitsoptie beschikbaar zijn’, aldus Sijm.

De onderzoeksresultaten zijn van groot belang voor netbeheerders. Zij willen weten of hun netwerken de groeiende vraag en de wisselingen in het aanbod aankunnen. Daarnaast zijn ze geïnteresseerd in de vraag of de inzet van flexibiliteitsopties de kosten van benodigde verzwaringen van hun netten kan verlagen.

Knelpunten

Sijm: ‘We laten zien dat er in de komende jaren nog geen grote toename van knelpunten in de huidige netwerken zal zijn. Na 2030 neemt het aantal gevallen van overbelasting echter aanzienlijk toe. De financiële omvang en het voordeel van flexibiliteitsopties om netverzwaringen te reduceren, is over het algemeen echter beperkter dan we tot voor kort dachten. In specifieke, tijdelijke situaties kan het gebruik van flexibiliteit echter van groot belang zijn om overbelasting en kosten van netverzwaring te verlagen, dit biedt voor netbeheerders nu al mogelijkheden om tot efficiëntere oplossingen te komen voor knelpunten in hun netten.’

Het maximaal benutten van biomassa als duurzame energiebron is hard nodig om aan internationale klimaatafspraken  te kunnen voldoen. Met alleen zon en wind komen we er niet. De discussie over biomassa wordt te nauw gevoerd – het gaat alleen over biomassa meestook in kolencentrales – en het nieuwe kabinet moet het voortouw nemen om innovatie en marktintroductie van biogebaseerde technologie te versnellen.

Jaap Kiel, Programme Development Manager Biomass van ECN

In het Klimaatakkoord van Parijs hebben 195 landen afgesproken de opwarming van de aarde te beperken tot minder dan twee graden en liever nog minder dan anderhalve graad Celsius. Ook Nederland schaarde zich achter deze afspraken. Nederland committeerde zich ook aan de Europese afspraak dat dit betekent dat de emissies van CO2 en andere broeikasgassen uiterlijk in 2050 met 80-95 procent moeten zijn gereduceerd.

De discussie over hoe dit te bereiken verengt men in toenemende mate tot de vraag hoe het aanbod aan duurzame elektriciteit uit zon en wind te vergroten. De rol van biomassa als duurzame energiebron blijft onderbelicht. Als energie uit biomassa al wordt genoemd, betreft het vaak enkel biomassa meestook in kolencentrales en is de toon vaak negatief. Dit is onterecht en brengt het halen van de Parijsafspraken in gevaar.

Elektriciteit kan inderdaad in hoge mate duurzaam uit zon en wind worden opgewekt. Voor andere sectoren zoals vrachtvervoer en de procesindustrie is dat veel minder het geval, daar zullen we op een andere manier de CO2-emissies moeten terugdringen. Studies laten zien dat alle mogelijkheden moeten worden benut en dat biomassa een grote rol moet en kan spelen. Zo laat een recente studie van het International Energy Agency (IEA) en het Duitse onderzoekinstituut IRENA een biomassa-aandeel in de wereldwijde duurzame energiemix in 2050 van 37 procent zien (tegen zon PV en wind samen 26 procent). Voor Nederland is de grote rol voor biomassa onder andere geschetst in de strategische visie Biomassa 2030 van het Ministerie van Economische Zaken. Er is wereldwijd voldoende duurzame biomassa beschikbaar, zo blijkt uit brede studies van het IPCC en voor Nederland onder andere uit het Biomassa 2030 rapport. Voor Nederland gaat het dan om verschillende binnenlandse biomassareststromen, import van biomassa of biogebaseerde brandstoffen en grondstoffen, en ontwikkeling van grootschalige zeewierteelt op de Noordzee.

Deze biomassa moeten we vooral daar inzetten waar andere duurzame alternatieven minder geschikt zijn. Zo is biomassa een hoogwaardige grondstof voor bijvoorbeeld de productie van chemicaliën, een duurzame brandstof voor lucht- en scheepvaart en zwaar wegtransport en een alternatief voor proceswarmte in de industrie. Daarnaast kan biomassa worden ingezet als back-up of voor het opvangen van pieken bij de elektriciteitsopwekking en de verwarming van huizen en gebouwen. Net als nu gebeurt bij aardolie, kan biomassa in de verwerking worden gesplitst in meerdere deelstromen waaruit vervolgens verschillende producten kunnen worden gemaakt, zoals materialen, chemicaliën, biobrandstoffen, elektriciteit en warmte. Door op deze manier biomassa efficiënt in te zetten wordt bioenergie betaalbaar.

We staan voor een enorme uitdaging, indien we biomassa in 2050 inderdaad deze prominente rol willen laten spelen. Veel benodigde technologie is nog niet commercieel beschikbaar. Ontwikkeling en marktintroductie van technologie vergen typisch tien tot twintig jaar en daarbovenop komt nog de tijd die nodig is voor grootschalige uitrol. Ook het beschikbaar maken van grote volumes duurzame biomassa, de ontwikkeling van logistieke ketens om biomassa te importeren en goede certificeringssystemen om de duurzaamheid te borgen, vereisen grote inspanningen.

Daarom moeten we nu forse stappen zetten, om de innovatie te versnellen, marktintroductie van nieuwe technologie te stimuleren en de beschikbaarheid van duurzame biomassa te vergroten. Waar we bestaande (energie-)infrastructuur kunnen benutten voor een versnelling van de transitie, moeten we dat zorgvuldig overwegen. Dat geldt bijvoorbeeld voor biomassameestook in kolencentrales, waarbij we natuurlijk moeten voorkomen dat ongewenste effecten ontstaan die de transitie en verduurzaming belemmeren.

De tijd dringt! De overheid zal, in nauwe samenwerking met het bedrijfsleven, kennisorganisaties en NGO’s, de aandacht moeten richten op de vraag hoe de transitie naar een duurzame energievoorziening in 2050 met daarin een prominente rol voor biomassa vorm te geven. Laten we vooral niet blijven hangen in het negeren van de rol van biomassa of in enkel nee zeggen.

Shared Innovation Program VoltaChem is op zoek naar bedrijven die technologie in huis hebben om de levensduur van componenten in een electrolyzer te verbeteren. Partner ECN biedt zijn electrolyzer teststation aan voor deze bedrijven om de levensduur van deze componenten te testen.

Met een electrolyzer kun je waterstof maken uit water met behulp van elektriciteit. De behoefte aan waterstof stijgt de komende jaren sterk. Niet alleen vanuit de transportsector, maar ook vanuit de chemische industrie. Alle reden dus om samen te werken aan een concurrerende electrolyzer.

VoltaChem’s Power-2-Hydrogen expert Arend de Groot die binnen VoltaChem verantwoordelijk is voor de Power-2-Hydrogen programmalijn licht toe welke concrete kansen er liggen voor de Nederlandse hightech maakindustrie. ‘VoltaChem werkt aan de elektrificatie van de chemische industrie. Bij ECN hebben we sinds kort een uniek electrolyzer teststation staan dat levensduurtesten kan uitvoeren.

De levensduur bepaalt hoe succesvol een electrolyzer is. Op dit moment zorgen dure materialen zoals iridium voor de katalysator of edelmetaalcoatings om corrosie te voorkomen voor een lange levensduur. Met langeduurtesten en testen waarbij de degradatie gericht wordt versneld, willen we nu onderzoeken welke alternatieve componenten geschikt zijn om de kosten van de electrolyzer te verlagen, de efficiëntie te verhogen, en dat alles bij een gelijkblijvende of zelfs langere levensduur. We kunnen dit niet alleen en daarom zoeken we bedrijven die technologie in huis hebben om betere electrolyzer-componenten te produceren. Wij kunnen bedrijven helpen om componenten op basis van hun technologie te ontwikkelen en samen met hen de componenten te testen’.

Onafhankelijk

Waarom zouden hightech componentenleveranciers hun materialen eigenlijk niet direct laten testen bij hun (potentiële) klant: de electrolyzerfabrikant? ‘Dat heeft te maken met twee zaken’, legt De Groot uit. ‘Ten eerste weten de fabrikanten dat levensduur van componenten het belangrijkste is. Ze zijn dus alleen geïnteresseerd in componenten waarvan de levensduur al aangetoond is. En ten tweede is de architectuur van de cel waar de component in moet passen, vaak fabrikant-specifiek. Als je dus een materiaal getest wilt hebben dat toepasbaar moet zijn in verschillende soorten electrolyzers en als je op gelijkwaardige voet inzicht wilt krijgen in de resultaten, dan zal je de test dus uit moeten laten voeren door een onafhankelijk platform dat werkt volgens het principe van open innovatie. Dat is exact wat VoltaChem biedt. Een groot voordeel is dat de componentenleveranciers bij succesvolle, gestandaardiseerde testen een goed verhaal hebben richting hun potentiële klanten, de electrolyzerfabrikanten. Een win-win-situatie dus voor alle partijen.’

 

‘Electrolyzer fabrikanten zoals Siemens, Hydrogenics en ITM richten hun inspanningen vooral op het integreren van de electrolyzer stack in een compleet systeem. Cel- en stackontwikkeling vindt voor een belangrijk deel plaats met toeleveranciers van sleutelcomponenten als membranen, katalysatoren en separatorplaten. Uiteindelijk zit de toevoegde waarde van de electrolyzer met name in de toegeleverde functionele elementen. Daarom is het voor Nederland met zijn sterke hightech maakindustrie interessant zich als toekomstige toeleverancier te positioneren’, aldus De Groot.

VoltaChem heeft een helder beeld van welke innovaties er nodig zijn. Zo zouden de titanium platen tussen de elektrolysecellen moeten worden vervangen door andere corrosiebestendige materialen of slimme composietoplossingen. Ook zoekt de branche nog naar oplossingen die het oversteken van gassen (zuurstof/waterstof) door de polymeermembranen verminderen, bijvoorbeeld door toepassing van andere protongeleidende polymeren of gebruik van dunne lagen.

Ook de huidige titanium ‘current collector’ laag, zou moeten worden herontworpen. Deze zou een goede elektrische geleiding moeten hebben, maar moet tegelijkertijd het transport van gas en vloeistof zo min mogelijk hinderen. Als laatste zijn er alternatieven nodig voor de dure ruthenium/iridium-katalysatoren die worden gebruikt om water in protonen en zuurstof te splitsen.

 

Met de positieve beslissing van het Participatiefonds Duurzame Economie Noord-Holland (PDENH) en ENGIE om partner te worden, is een van de laatste stappen gezet op weg naar de realisatie van Ambigo, een unieke en innovatieve biomassavergassingsinstallatie in Alkmaar. Gasunie New Energy, Royal Dahlman en ECN hebben eerder al groen licht gegeven voor het onderzoeks- en demonstratieproject. Naar verwachting kan de onderzoek- en demonstratiefaciliteit vanaf 2018 worden ingezet om reststromen biomassa, zoals afvalhout zeer efficiënt om te zetten in groen gas.

Ambigo is een onderzoeks- en demonstratiefaciliteit waar drie – door ECN bedachte – innovatieve Nederlandse technologieën (MILENA, OLGA en ESME) voor het eerst ter wereld gecombineerd worden in een industrieel proces om groen gas te produceren. Ze zorgen er samen voor dat in de installatie op een zeer efficiënte manier verschillende soorten biomassa kunnen worden omgezet  naar groen gas.

Afvalstromen omzetten in groen gas

In een duurzame energievoorziening is een belangrijke rol weggelegd voor biomassa. Bij een efficiënte inzet van biomassa wordt dit eerst omgezet in hoogwaardige producten zoals geneesmiddelen, voedingsmiddelen en groene chemicaliën. Daarna komen transportbrandstoffen, energie en warmte aan de beurt. Op deze manier worden onze afvalstromen verminderd en wordt tegelijkertijd groen gas opgewekt.

Eerste gebruiker InVesta op het Energy Innovation Park

Ambigo zal worden gevestigd op het Energy Innovation Park in Alkmaar en zal daar als eerste partij gebruik gaan maken van de faciliteiten van InVesta, het expertisecentrum voor biomassavergassing en groen gas. InVesta faciliteert organisaties en bedrijven die praktijkonderzoek doen naar biomassavergassingstechnologie. Hiermee wil Alkmaar zich ontwikkelen tot internationale expertisehub op dit terrein.