elektrolyzer Archieven - Utilities

Wereldwijd wordt flink geïnvesteerd in elektrolyzers die water met behulp van groene stroom splitsen. De Nederlandse bijdrage aan deze groene waterstofmarkt is echter nog niet heel groot. Het Elektrolyzer Makersplatform wil hier verandering in brengen. Al was het maar dat Nederlandse bedrijven de technologie kunnen leveren om grootschalige productie mogelijk te maken.

Het hele artikel lees je in de speciale (digitale) editie van Industrielinqs, Dossier Waterstof

Engie overweegt de bouw van een elektrolyzer in de Kooyhaven in Den Helder. De installatie zet de stroom om van een nieuw zonnepark vlakbij de gasbehandelinginstallatie van NAM. Het groene waterstofgas is met name bedoeld voor de transportsector.

Engie en Port of Den Helder overwegen de bouw van een één tot anderhalf megawatt elektrolyzer in de Kooyhaven in Den Helder. De elektrolyzer zou de stroom van een nieuw drie megawattpiek zonnepark op industrieterrein Oostoever omzetten in groene waterstof. De elektrolyzer lost ook eventuele congestieproblemen op het lokale net op.

Het groene waterstofproject maakt deelt uit van een verduurzamingstraject dat Port of Den Helder samen met Engie, Total, Damen Shipyards, Alliander en andere partners uitstippelde. De haven bouwt voor een belangrijk deel op de offshore gasindustrie, een sector die langzaam maar zeker zal verdwijnen.

Waterstofvaartuig

In het gebied van de Kooyhaven bouwt Total waterstof vulpunten waar personenvoertuigen en vrachtwagens kunnen tanken en schepen waterstof kunnen bunkeren. Als onderdeel van het project ontwikkelt Damen Shipyards een servicevaartuig dat elektrisch vaart op waterstof. Het schip zal onder andere gebruikt worden door onderzoeksinstellingen en Port of Den Helder.

Lokale productie

Om de elektrolyzer te voeden met groene stroom bouwt Engie in eerste instantie een zonnepark van 2,8 megawattpiek. Voor dit zonnepark is in november 2020 een vergunning verleend. Zodra de uitslag van de SDE++ subsidie aanvraag bekend is, start men de bouw van het park. In een later stadium volgt dan een groter zonnepark. Het streven is begin 2022 de keten van een zonnepark, elektrolyzer en tankstation volledig operationeel te hebben.

Netbalans

Samen met de regionale netbeheerder onderzoeken de betrokken partijen of de waterstofinstallatie een rol kan spelen in de netcongestie. Door bij aanbod van veel zon en wind waterstof te produceren en daarmee te voorkomen dat zonneparken of windparken moeten worden uitgezet. Ook kijkt Engie naar het inzetten van de elektrolyzer als flexibel regelvermogen.

Blauwe waterstof

Vorig jaar kondigde het samenwerkingsverband van bedrijven en overheden in Den Helder H2Gateway aan de mogelijkheden te verkennen voor grootschalige productie van blauwe waterstof. H2Gateway wil een faciliteit ontwikkelen voor de centrale productie van ongeveer 0,2 megaton blauwe waterstof per jaar voor de industrie.

 

Het lijkt of het Afkenel Schipstra niet uitmaakt voor welk bedrijf ze de boodschap verkondigt. Ze blijft een ambassadeur voor waterstof als belangrijke pion in het schaakspel van de energietransitie. ‘En nee, het is geen ei van Columbus, maar hernieuwbare waterstof is wel een onmisbare schakel in de energietransitie.’ Sinds kort verkondigt ze de boodschap voor Engie. Haar titel maakt haar rol direct duidelijk: senior vice president Business Development Hydrogen Netherlands.

Schipstra maakte bewust de overstap naar Engie, een volgens haar sterk internationaal bedrijf met grote ambities in de energietransitie. De nieuwe CEO Catherine MacGregor, die begin dit jaar is aangesteld, heeft de opdracht meegekregen het domein van duurzame energie te vergroten. Een opdracht die Schipstra als muziek in de oren klinkt en die past bij een bedrijf dat zo geworteld is in de energiewereld. ‘Engie is wereldwijd actief in zowel de opwekking als transport en opslag van energie’, zegt Schipstra. ‘Een deel van het bedrijf is in handen van de Franse staat, terwijl Engie ook particuliere aandeelhouders heeft. Door deze mix van publieke en private financiering krijgt de directie meer ruimte om strategische investeringen te doen.’

‘Als je hier groene waterstof kunt produceren, kunnen dieselgeneratoren plaatsmaken voor waterstofvarianten.’

Afkenel Schipstra, senior vice-president Business Development Hydrogen Netherlands Engie

Waterstoflocaties

De internationale status wordt wel duidelijk uit het strategisch plan voor waterstof dat Engie in 2017 uitrolde. De eerste plannen voor groene waterstofprojecten concentreerden zich op drie landen: Chili, Australië en Nederland. Vooral dat laatste feit was natuurlijk een trigger om aan te sluiten. ‘De keuzes zijn goed te verklaren’, zegt Schipstra. ‘Chili zit nu eenmaal op een gunstige breedtegraad voor zonne-energie. Tegelijkertijd gebruikt de mijnbouw in het land veel fossiele brandstoffen voor dieselgeneratoren en zware trucks. De grondstoffen die men delft zijn weer waardevol voor de productie van batterijen. En die zijn hard nodig in de energietransitie. Als je hier groene waterstof kunt produceren, kunnen dieselgeneratoren plaatsmaken voor waterstofvarianten en kunnen trucks op waterstof of wellicht ammoniak rijden.’

Australië ligt ongeveer op dezelfde breedtegraad als Chili en samen met ammoniakproducent Yara start Engie met een tien megawatt waterstoffabriek. Daarna zou de fabriek in stappen opschalen naar vijfhonderd megawatt productiecapaciteit. ‘De fabriek is goed voor ongeveer vijf procent van de mondiale ammoniakproductie, dus vergroening kan een behoorlijke impact hebben op de wereldwijde CO2-emissies.’

elektrolyzers

Flexibiliteit

Dat Nederland, en dan specifieker Groningen, als derde locatie is aangewezen, verbaast Schipstra niet. ‘De geografische positie van de Groningse Eemshaven is zeer gunstig. De verbindingen van de Cobra-kabel naar Denemarken en de NorNed-kabel naar Noorwegen komen vlak bij de Engie-centrale aan land. Daar komt het recente nieuws bij dat de stroom van het nieuwe windpark dat naast het huidige Gemini-windpark komt te liggen, ook in de Eemshaven zal aanlanden. Aan de productiekant zit het dus goed en met chemiepark Delfzijl vijftien kilometer verderop, zal ook de afname van groen waterstof geen probleem zijn.’

Overigens moet Gasunie dan nog wel een leiding aanleggen, maar zowel Gasunie als Groningen Seaports zijn zeer welwillend in het ondersteunen van dit soort duurzame investeringen. ‘Ook een groot pluspunt is de aanwezigheid van opslagcapaciteit in de zoutcavernes in Zuidwending. Overigens bieden de gasleidingen zelf ook nog een behoorlijke buffer. De zogenaamde linepack flexibiliteit vangt al een groot deel van de onbalans tussen productie en gebruik op.’

Gezond waterstofsysteem

Het beste nieuws is misschien wel dat Engie daadwerkelijk van plan is de elektrolyzer te bouwen. Of het door gaat, is met name afhankelijk van de financiële ondersteuning. Hoewel in Zuidwending wel al een elektrolyzer met een capaciteit van één megawatt staat, zet de honderd megawatt installatie meer zoden aan de dijk. ‘We hebben lang gepraat over waterstof als transitiebrandstof, nu is het tijd om echt te gaan bouwen. De specialisten zijn op dit moment de functionele specificaties aan het uitwerken zodat we in de zomer de tender kunnen uitschrijven. Dat betekent dat je in 2022 kunt gaan bouwen zodat in 2024 de eerste waterstof kan worden geleverd. Honderd megawatt is al een behoorlijke schaalvergroting. Zo’n installatie produceert dagelijks 1700 kilogram waterstof.’ Even om een beeld te krijgen: op één kilogram waterstof kan een gemiddelde auto honderd kilometer rijden.

‘We hebben lang gepraat over waterstof als transitiebrandstof, nu is het tijd om echt te gaan bouwen.’

Afkenel Schipstra, senior vice-president Business Development Hydrogen Netherlands Engie

Schipstra: ‘Maar laat ik wel duidelijk zijn: die honderd megawatt is nog maar het begin van wat nodig is om klimaatneutrale energie en een circulaire industrie mogelijk te maken. Die eerste kilo’s waterstof kunnen we gebruiken om een deel van de grijze industriële waterstof te vervangen voor een groene variant. Om echt stappen te maken, moeten we als maatschappij wel een aantal knopen doorhakken. De zogenaamde levelized cost of hydrogen (LCOH, red.) waarmee energiebedrijven rekenen, is mede afhankelijk van het aantal draaiuren van de assets. Als je een elektrolyzer alleen mag opereren op het aantal draaiuren van een offshore windpark, wordt de businesscase een stuk magerder. Het liefste zouden we ze op baseload willen laten draaien. Dat is met intermitterende bronnen lastig.’

Investeringen

Een oplossing daarvoor is om garanties van oorsprong te kopen om de elektrolyzers van groene stroom te voorzien, maar dat ligt politiek gevoelig. ‘Natuurlijk moet het aandeel offshore wind en zonnestroom omhoog, maar we moeten tegelijkertijd een gezond waterstofsysteem opbouwen. Politieke keuzes zijn belangrijk hierin. Dat kan via subsidies, maar ook door wet- en regelgeving meer te laten aansluiten op de fase in de energietransitie waarin we nu zitten.’

Vergeet ook niet dat de Nederlandse industrie momenteel al tien miljard kuub grijze waterstof gebruikt. Om alleen al dat gebruik te vergroenen, zijn installaties in de orde van gigawatts nodig. Schipstra: ‘En dan gebruiken bedrijven ook nog fossiele brandstoffen voor hogetemperatuurwarmte. Om de emissie van deze industriële gebruikers terug te dringen zijn grote sprongen nodig. De grijze waterstof kost echter één euro per kuub terwijl groene waterstof nu nog in de range van vijf tot zes euro per kuub zit. Een deel van het prijsverschil kan je overbruggen door innovatie en schaalgrootte. Voordat die effecten echter merkbaar worden, zou je wel al investeringen moeten doen in productie, transport en opslag.’

Samenwerking

Er zijn meer bedrijven in de Eemshaven met plannen voor elektrolyzers. RWE, Shell, Equinor, Vattenfall, Gasunie en Nobian ontvouwden ook ambities op dit vlak. Schipstra schuwt op dit vlak niet de samenwerking. ‘Sterker nog: ik denk dat ook Nederland meer over de grenzen naar samenwerking moet zoeken. De opgave is te groot om in silo’s te blijven denken. RWE is dan wel een concurrent, maar loopt tegelijkertijd tegen dezelfde beperkingen op als wij. Als we gezamenlijk de politiek kunnen betrekken bij onze ambities, helpt ons dat beiden. Pas bij een kritische massa ontstaat marktwerking. Dus kunnen we beter samenwerken om die kritische massa te bereiken.’

Schipstra kijkt dan ook al naar nieuwe kansen voor de Eemshaven energiehub. ‘Het mooie van waterstof is dat we het gemakkelijk door het bestaande gasnet kunnen transporteren. Niet geheel toevallig is met name de noord-zuid verbinding van Gasunie zeer ruim bemeten. De chemische industrie in Zuid-Limburg zit te ver van de kust om direct gebruik te kunnen maken van elektriciteit van offshore windparken. Je kunt dure kabels trekken of de bestaande gastransportsystemen gebruiken. Dan moeten die verbindingen nog wel worden aangepast, maar dat is stukken goedkoper en eenvoudiger dan kabels aanleggen.’

elektrolyzers

Demystificatie

En als Zuid-Limburg haalbaar is, waarom dan ook niet het Duitse Ruhrgebied? ‘De kansen zijn groot’, zegt Schipstra, ‘maar de Nederlandse overheid moet zich wel realiseren dat we niet alleen staan in de ambities. De Duitse en Franse overheid hebben net zulke ambitieuze plannen met waterstof en ondersteunen de energiebedrijven en industrie met harmonisering van regelgeving en subsidies. De Nederlandse minister van Economische Zaken en Klimaat heeft een prachtig visiedocument gemaakt waarin hij een grote rol ziet voor groene en blauwe waterstof. Het ministerie moet daar nu ondersteunend beleid aan koppelen zodat het voor bedrijven net zo aantrekkelijk wordt om in Nederland te investeren als in Duitsland of Frankrijk.’

Afkenel Schipstra, Engie: ‘Als we mensen nu al niet meekrijgen, kunnen we nog een zware dobber verwachten in de toekomst.’

Uiteindelijk kiest het Nederlandse volk zijn vertegenwoordiging, en daar lijkt de schoen met name te wringen. Schipstra: ‘De Nederlanders lijken wat ambivalent te staan tegenover de energietransitie. De ene helft denkt dat we het met kernenergie of zelfs thoriumcentrales redden en ziet niets in windturbines of zonneparken. De ander denkt juist dat we met duurzame energie alles kunnen afdekken. Ik wil mezelf graag inzetten voor demystificatie van de energietransitie. Mensen die met de energietransitie te maken krijgen doordat ze grote zonneparken of een windturbine voor hun deur krijgen, zien alleen de nadelen ervan. We moeten als branche meer het eerlijke verhaal vertellen van het energiesysteem. Hoe het nu werkt en hoe we het straks zouden willen zien. Als we mensen nu al niet meekrijgen, kunnen we nog een zware dobber verwachten in de toekomst. Het toekomstbeeld mét duurzame energie is een stuk aantrekkelijker. Maar mensen moeten wel het gevoel krijgen dat ze daar zelf aan meewerken.’

Het eerste Industrielinqs magazine in print (lees ook ons vorig e-magazine) is naar de drukker! In dit nummer: Het lijkt of het Afkenel Schipstra niet uitmaakt voor welk bedrijf ze de boodschap verkondigt. Ze blijft een ambassadeur voor waterstof als belangrijke pion in het schaakspel van de energietransitie. ‘En nee, het is geen ei van Columbus, maar hernieuwbare waterstof is wel een onmisbare schakel in de energietransitie.’ Sinds kort verkondigt ze de boodschap voor Engie. Haar titel maakt haar rol direct duidelijk: senior vice president Business Development Hydrogen Netherlands.

En verder:

Jan van Dinther van Siemens is onlangs uitgeroepen tot Jong Haventalent 2021. Een jaar lang is hij de ambassadeur en het rolmodel voor jong talent in de haven van Rotterdam. Hij wil concrete energietransitieprojecten in de haven zichtbaar maken en jongeren helpen de juiste studie te kiezen om daaraan bij te kunnen dragen in de toekomst.

BASF Antwerpen is al jaren bezig met duurzaamheid op het gebied van water. Ze wisselde ooit al van het gebruik van drinkwater naar oppervlaktewater, maar de toekomst vraagt om meer verandering. Vlaanderen ligt bijvoorbeeld in een waterstressgebied. Tijdens het congres Watervisie 2020 vertelde operations manager utilities Jürgen Moors op welke manieren er nog meer duurzaam met water wordt omgegaan.

Het klimaat en de energietransitie staan hoog op de politieke kalender. Dan mag je verwachten dat de kieslijsten voor de aanstaande parlementsverkiezingen daar enigszins op zijn ingericht. Maar zoals altijd rijst de vraag: Waar zijn de bèta’s?

Industrielinqs 2 verschijnt 2 maart. Lees het blad alvast tijdelijk online!

De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) is een internetconsultatie gestart over investeringen in de bouw van elektrolyzers. Het ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) wil de bouw van elektrolyzers voor de productie van groene waterstof opschalen. Iedereen die hier mee bezig is kan via de internetconsultatie meepraten.

De consultatie richt zich op bedrijven die overwegen in de komende jaren elektrolyzers te bouwen en daarover op korte termijn een investeringsbeslissing willen nemen. Het ministerie heeft in de consultatie een aantal specifieke vragen. Met deze informatie geeft het ministerie het tijdelijk opschalingsinstrument, zoals bijvoorbeeld een subsidie, vorm. Het gaat daarmee de bouw en het gebruik van elektrolyzers stimuleren.

Meedoen met de consultatie kan tot 9 februari.

Het Duitse Siemens Gamesa en Siemens Energy investeren samen 120 miljoen euro om een elektrolyzer te ontwikkelen die volledig is geïntegreerd in een offshore windmolen. Op die manier kan op zee direct groene waterstof worden gemaakt.

Over een periode van vijf jaar investeert Siemens Gamesa en Siemens Energy 40 miljoen euro in de ontwikkelingen. Siemens Gamesa gaat de krachtigste turbine ter wereld, de SG14-222 DD offshore windturbine, aanpassen om een elektrolysesysteem naadloos te integreren. Siemens Energy gaat een nieuw elektrolyseproduct ontwikkelen om niet alleen tegemoet te komen aan de behoeften van de ruwe maritieme offshore-omgeving en om in perfecte harmonie te zijn met de windturbine, maar ook om een nieuwe competitieve benchmark voor groene waterstof te creëren.

De elektrolyzer komt aan de basis van de windturbine te staan. De ontwikkelingen van de twee bedrijven dienen als proeftuin voor het realiseren van grootschalige kostenefficiënte waterstofproductie.

Voor het project krijgen de bedrijven waarschijnlijk subsidie van de Duitse overheid.

Ingenieurs van het Duitse technologiebedrijf Thyssenkrupp hebben een fabrieksconcept ontwikkeld voor de productie van groen ammoniak. Voorlopig zijn de installaties vooral geschikt voor kleinschalige productie van ammoniak en decentrale opslag van duurzaam opgewekte stroom. Maar ook de grootschalige productie lonkt.

Traditioneel wordt ammoniak geproduceerd uit aardgas of steenkool. In Nederland nemen kunstmestfabrikanten OCI Nitrogen en Yara samen negen procent van het aardgas voor hun rekening. Als grondstof en brandstof voor hun processen. Schaalvoordelen voor fabrieken die meer dan 3.000 ton per dag produceren maken de bestaande processen zeer kostenconcurrerend. Voor het klimaat zijn er echter vriendelijkere concepten, stelt Thyssenkrupp.

Overschotten

Het technologiebedrijf besloot haar expertise in ammoniakprocestechnologie en alkalische waterelektrolyse (AWE) te investeren in de ontwikkeling van economisch haalbaar concept voor kleinschalige productie van groen ammoniak. Terwijl in conventionele ammoniakinstallaties waterstof wordt geproduceerd door stoom-reforming van aardgas, gebruikt het innivatieve concept van thyssenkrupp alkalische elektrolyse van water. Daarbij gaat het concern uit van beproefde technologie. AWE wordt wereldwijd al in meer dan 600 fabrieken toegepast voor de productie van chloor uit zout. Bovendien is AWE volgens Thyssenkrupp bij uitstek geschikt voor gebruik in groene ammoniakinstallaties, omdat het binnen enkele minuten kan worden opgestart. Het kan dus reageren op fluctuaties in stroomaanbod. Op een zonnige en of winderige dag kunnen zodoende effectief overschotten worden opgeslagen.

Bestaande installaties

Het technologieconcern heeft twee fabrieken ontwikkeld: een installatie met de capaciteit van 50 ton per dag op basis van 20 megawatt vermogen en een van 300 ton per dag op basis van 120 megawatt vermogen. Aangezien de laatste de industriële schaal nadert, kan het een interessante optie zijn voor het vergroenen van bestaande installaties. De installaties kunnen volledig offside worden gebouwd, wat in kosten een doorlooptijd kan schelen.

Energie-opslag

Om de marktpotentie in te schatten evalueerde het bedrijf de vijf belangrijkste drijfveren voor levensvatbaarheid. Dat zijn kapitaalsinvesteringen, beschikbaarheid en kosten van hernieuwbare energie, mogelijke beperkingen en kosten van ammoniaktransport, CO2-emissiebeperkingen en CO2-belastingen. Het concern kwam tot de conclusie dat op kleinere locaties met lage energiekosten de bouw van een groene ammoniakfabriek een interessante optie kan zijn. Misschien dat schaalvoordelen grote producenten van ammoniak nog niet in beweging brengen om hun grote fabrieken te vervangen. Naast de economische haalbaarheid als een nicheproduct, wordt groene ammoniak volgens de analyse steeds interessanter voor energieproducenten voor energieopslag.

Het Waddenfonds kent 480.000 euro subsidie toe om een zogenoemde Battolyser te realiseren naast de Magnum-centrale van Nuon in Eemshaven. Deze installatie kan op een efficiënte manier elektriciteit opslaan of leveren als een batterij, én water splitsen in waterstof en zuurstof door elektrolyse. Begin 2019 moet het project gereed zijn. 

De subsidie is toegekend aan Battolyser BV,  een joint venture van TU Delft en Proton Ventures. Energiebedrijf Nuon en chemiebedrijf Yara dragen ook bij aan het ontwikkeltraject. 

Doel van Nuon is om in de toekomst op grote schaal overschotten stroom uit wind en zon voor langere termijn op te kunnen slaan en te recyclen voor elektriciteitsproductie. Eind 2016 presenteerde de onderzoeksgroep van professor Fokko Mulder aan de TU Delft de succesvolle realisatie van een Battolyser op laboratoriumschaal. Het nieuwe project bij de Magnum-centrale is een eerste concrete opschaling naar veel grotere systemen. De geproduceerde waterstof zal worden toegepast voor koeling van de generatoren en vervangt de grijze waterstof die daar momenteel voor gebruikt wordt. Uiteindelijk wil Nuon de geproduceerde waterstof gebruiken als CO2-vrije brandstof voor de gascentrale.

Waterstof speelt ook een belangrijke rol in de verduurzaming van chemische producten en de elektrificatie van het productieproces bij chemische bedrijven als Yara en Proton Ventures. De battolyser kan een belangrijke oplossing vormen in het integreren van intermitterende duurzame energie enerzijds en de wens te elektrificeren bij dergelijke bedrijven anderzijds.

Hoog rendement

In feite is de Battolyser een elektrolyser met nikkel-ijzer elektroden zoals in de Edison-batterij van ruim 100 jaar geleden. Nadelen van deze Edison-batterij waren de waterstofverliezen tijdens het laden en de lagere bruikbare capaciteit. De battolyser benut juist de waterstofproductie en verbetert ook de batterijcapaciteit. Volledig opgeladen functioneert de Battolyser als elektrolyser die met een hoog rendement waterstof produceert uit water en elektriciteit. Op het moment dat er een tekort is aan elektriciteit voedt de Battolyser het net als een batterij.

Opschaling

De eerste battolyser van 15kW/60kWh zal begin 2019 in Eemshaven worden geplaatst, waarna het apparaat cyclisch getest wordt om de zuiverheid van het waterstofgas en de efficiëntie te kunnen onderzoeken. Na de testfase wordt een plan voor een volgende opschaling opgesteld. Zo wordt nu al gekeken naar installaties met een capaciteit van van 1 en zelfs 10 megawatt. Deze zijn te plaatsen bij industriële partners, of op locaties waar op grote schaal elektriciteit van offshore windparken aan land komt, bijvoorbeeld bij de Nuon-centrales in Eemshaven en Velsen.

Vliegwiel

Nuon ziet waterstof als een essentiële schakel in de energietransitie en in het bereiken van de doelen uit het Klimaatakkoord van Parijs; waterstof kan fungeren als CO2-vrije brandstof en flexibele back-up voor wind en zon. Nuon hoopt met de Magnum-centrale in Groningen te kunnen functioneren als vliegwiel voor een groeiende waterstofeconomie in Groningen en de rest van Nederland.