Wytse Kaastra Archieven - Utilities

Het is CO2-vrij, eenvoudig op te slaan en goedkoop te transporteren: waterstof. Er zijn nog technische en organisatorische uitdagingen genoeg, maar als Nuon waterstof gaat verbranden in zijn Magnum-centrale en het noorden van Nederland plannen uitrolt voor een groene waterstofeconomie, dan kan het zeer snel gaan. Nu is de overheid aan zet om de wet- en regelgeving vóór waterstof te laten werken in plaats van tegen.

TNO berichtte afgelopen maand nog dat Nederland sneller aardgasimporteur wordt dan eerder gedacht. Nu hoeven de scenario’s niet te worden aangepast, maar eerder naar voren gehaald. In ieder geval wordt duidelijk dat de alternatieven aantrekkelijker worden. Aardgas spekt immers nauwelijks de staatskas meer en de afhankelijkheid van gas uit Noorwegen of Rusland neemt toe. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de pijlen van een aantal energiebedrijven zich meer gaan richten op een ander gas: waterstof. Het schone alternatief vergt echter wel een aanpassing van de infrastructuur en aan zowel productie als afnamekant zijn nieuwe of aangepaste assets nodig.

Voorlopers

‘Laat duidelijk zijn dat Nederland zeker geen voorloper is wat betreft de overgang naar een waterstofeconomie’, zegt Ad van Wijk, hoogleraar future energy systems aan de TU Delft. ‘Landen om ons heen zijn al verder op het gebied van onderzoek en toepassing van waterstof voor zowel de industrie, gebouwde omgeving als de transportsector. Of neem Japan, dat duidelijke doelstellingen heeft gesteld voor de Olympische Spelen dat het land organiseert in 2020 . Het land wil de Olympische spelen helemaal de waterstof spelen maken. CO2-neutraal te maken. Dat doet Japan door uit Australië waterstof via schepen aan te leveren. Een deel van het waterstofgas zal via zonnestroom kunnen worden geproduceerd, de rest komt van kolenvergassing verkregen waterstof. De koolstof wordt vervolgens ondergronds opgeslagen.

Ook het komende kabinet zal duidelijke keuzes moeten maken voor de Nederlandse energievoorziening van 2030. We hebben de komende twaalf jaar namelijk wel nodig om de overstap te kunnen maken naar een duurzame en zekere energievoorziening. Dat het mogelijk in zo’n korte tijd een omslag te maken, bewees de snelle adaptatie van aardgas na de ontdekking van het Slochterenveld. In zeer korte tijd is toen het stadsgasnet omgebouwd en verder uitgebreid naar aardgas. De overheid zal een zelfde voortvarendheid moeten tonen om de waterstofeconomie op gang te helpen. Als ze dat goed aanpakt, is in 2030 de kritische massa bereikt en kan de markt het overnemen. Maar daarvóór is veel stimulans nodig via financiële ondersteuning, maar ook ondersteunende wet- en regelgeving.’

Industrie

Van Wijk publiceerde dit voorjaar als lid van de Noordelijke Innovation Board (NIB) het rapport: De groene waterstofeconomie in noord Nederland. Het rapport schetst een toekomstscenario voor de noordelijke provincies waar waterstof een belangrijke rol speelt in de energievoorziening. Het beeld dat Van Wijk schetst in 2030 ziet er best plausibel uit: aan de productiekant is veel elektriciteit van offshore windparken beschikbaar wat kan worden aangewend om water te splitsen. Een andere bron van waterstof is vergassing van houtachtige biomassa, dat een syngas met veel waterstof oplevert. Ook zonnestroom kan worden omgezet in waterstof, wat een mooie buffer vormt voor de momenten dat de zon even niet schijnt. Noord Nederland is wat elektriciteitsvoorziening sowieso goed bedeeld, omdat het ook nog een directe verbinding heeft met Noorwegen, via de NorNed kabel en binnenkort ook met Denemarken, via de Cobra-kabel.

Een groot deel van de beschikbare waterstof is bestemd voor de chemische industrie in Delfzijl. Voor de methanolproductie bijvoorbeeld, waarbij het waterstof wordt gebonden met koolstof en zuurstof. Het syngas uit de biomassavergasser, die getorrificeerd hout vergast, levert waterstof, koolmonoxide en koolstofdioxide. Maar daarin zit te weinig waterstof, dat aangevuld wordt door waterstof uit de electrolyser, om methanol te maken. In combinatie met stikstof vormt waterstof ammoniak, wat de chemische sector eveneens grootschalig gebruikt. De transportsector zal de tweede belangrijke afnemer zijn van waterstof. Met name de grotere actieradius in combinatie met de snelheid van tanken versus elektrisch opladen, maakt waterstof zeer geschikt als transportbrandstof.

Een deel van de geproduceerde waterstof kan indien spanningsdips dreigen te ontstaan weer worden verbrand in de Magnum-centrale van Nuon. Het bedrijf heeft al aangekondigd binnenkort proeven te doen met verbranding van waterstof in een van de gasturbines, dus dat toekomstbeeld komt snel dichterbij. Ook de datacentra in de Eemshaven van onder andere Google kunnen via brandstofcellen gebruik maken van de voorzieningszekerheid van het opgeslagen waterstof.

Als laatste kan waterstof worden ingezet voor verwarming van huizen en gebouwen. Op het platteland en in kleine dorpen moet natuurlijk eerst veel worden gedaan aan isolatie en andere besparing. De dan nog benodigde warmte kan simpelweg via een waterstofnet, het omgebouwde aardgasnet, worden geleverd.

Stoom

Voor stoom en hoge temperatuurwarmte ziet Van Wijk eveneens een rol voor waterstofgas. ‘Momenteel is er eigenlijk maar een goede bron voor stoom en dat is aardgas. Er zijn wel initiatieven om biomassa of biogas als alternatief te gebruiken, maar als in de toekomst geen fossiele grondstoffen meer worden gebruikt, heb je een andere koolstofbron nodig. Biomassa en biogas is dan het enige alternatief voor de koolstofchemie en het zou zonde zijn om die waardevolle bron te verbranden. Het gebruik van aardwarmte of hogetemperatuur warmtepompen kan in een deel van de warmtebehoefte voorzien, maar niet alle. Hier zou waterstof ook kunnen worden ingezet. In het plan voor noord Nederland voorzien we dan ook een pijpleiding naar bedrijventerrein Emmtec, waar chemische halffabricaten worden geproduceerd.’

Volumes

Dat er heel wat water door de Rijn moet stromen voordat een volwassen industrie rondom waterstof is ontstaan, daarvan is Van Wijk zich terdege bewust. ‘Met name de aanpassing van de infrastructuur is een belangrijke klus, maar kan veel sneller, eenvoudiger en goedkoper worden gerealiseerd dan de nieuwbouw van elektriciteit transportleidingen. De moderne HDPE-leidingen zullen geen problemen hebben met het transport van waterstofgas in plaats van aardgas. Maar oudere leidingen zullen moeten worden aangepast. Dat kan bijvoorbeeld door nieuwe leidingen door de oude te blazen. En uiteraard moet ook aan de kant van de waterstof productie via electrolysers ook nog wat gebeuren, alhoewel de kosten daarvan al heel hard zijn gedaald terwijl de rendementen aanzienlijk zijn verbeterd. De grootste winst zal worden gehaald in de economy of scale. Pas als je grote volumes waterstof kunt produceren en commercieel afzetten, ontstaat een interessante markt. Bij grotere volumes en lage elektriciteitsprijzen zou het mogelijk moeten zijn om waterstof te produceren tegen een prijs van twee a drie euro per kilo. Daarmee concurreert groene waterstof ongeveer met grijze waterstof uit aardgas.’

Technisch ziet Van Wijk dan ook niet zoveel bezwaren voor een waterstofeconomie. Of dit nu in het noorden is, of in heel Nederland. ‘Met name de Rijksoverheid is aan zet om kaders te scheppen die het mogelijk maken om waterstof in te zetten in de energievoorziening en de chemische industrie. Het is momenteel zo goed als onmogelijk om waterstof in het gassysteem te krijgen omdat hier nog geen wetgeving voor is. Het volgende kabinet zou dan ook een task force waterstof moeten samenstellen met alle stakeholders in de waterstofketen.’

Ontwikkelingsfases

Technisch mag de waterstofeconomie dan wellicht geen extreme uitdaging zijn, de overgang van een fossiel energiesysteem naar een waterstofsysteem is dat wel. Wytse Kaastra van Accenture werkte de ontwikkelingsfases voor het groene waterstofplan voor noord Nederland uit en zette ze in een tijdslijn. ‘De eerste stap is gezet met het rapport van NIB’, zegt Kaastra. ‘We zitten nu midden in de mobilisatiefase om de stakeholders bij de plannen te betrekken. Willen we verder gaan met het uitwerken van het masterplan dan moet zowel de politiek als het bedrijfsleven de waterstofeconomie omarmen. De overgang naar een duurzame waterstofeconomie is dermate ingrijpend dat het bij wijze van spreken onderdeel zou moeten worden van het regeerakkoord. De overheid is nodig voor de het omkatten van de wet- en regelgeving en waar nodig financiële prikkels gebruiken om de onrendabele projecten vlot te trekken. En het bedrijfsleven zou in ieder geval moeten durven investeren in grootschalige waterstofprojecten. Dat zo’n gezamenlijke commitment werkt, blijkt bijvoorbeeld uit de successen die zijn gehaald bij wind op zee. Die branche kan inmiddels bijna op eigen benen staan en ontvangt intussen steeds minder subsidie. De SDE+ subsidie is een goed instrument gebleken om kritische massa te krijgen zonder dat de overheid nog jarenlang de rekening betaalt. Dit zou een prima blauwdruk zijn voor het vlottrekken van de waterstofeconomie. Want naast de subsidies, zorgde de overheid er ook voor dat de concessies en vergunningen aan één loket te verkrijgen waren en bovendien werd de aansluiting op het stroomnet gesocialiseerd en wettelijk vastgelegd.’

Verandertraject

Het masterplan moet er voor zorgen dat partijen daadwerkelijk in actie komen. Kaastra: ‘Met zo’n plan dwing je partijen in ieder geval om hun visie met elkaar te delen en samen te werken. Accenture begeleidt veel verandertrajecten binnen bedrijven zelf en daar is het soms al best complex om de stakeholders in beweging te krijgen en open te communiceren. Over de bedrijfs- en soms zelfs landsgrenzen heen, wordt dat nog een stuk complexer. Toch moet je alle stakeholders, dus ook de burger, vanaf het begin bij de plannen betrekken. Als je mooie plannen hebt, maar het publiek heeft het idee dat waterstof gevaarlijk is, sta je niet sterk. Je zult risico’s moeten adresseren, maar ook businesscases uitwerken en nadenken over de kennis die nodig is om een waterstofeconomie draaiende te houden.’

Markt

Zodra de partijen het masterplan hebben geaccepteerd, zullen ze volgens Kaastra heel snel verder moeten gaan om in ieder geval de basisinfrastructuur en assets te realiseren. ‘Tussen 2019 en 2023 zouden leidingen, tussenstations en opslagfaciliteiten moeten worden aangelegd of aangepast aan waterstof. En uiteraard zal ook aan zowel productie als consumptiekant de nodige beweging moeten komen. Autofabrikanten moeten uiteindelijk wel waterstofmodellen willen produceren en of het gas nu wordt geproduceerd uit aardgas of elektriciteit: er moeten wel productiefaciliteiten komen. Kortom: er moet een gezonde markt ontstaan die in 2023 kan worden opgeschaald om in 2030 volwassen genoeg te zijn om zelfstandig door te gaan.’

Lichtgroene waterstof

Dat de overgang naar een gedecarboniseerde energievoorziening zonder schoon fossiel zou kunnen, vindt Bert den Ouden van Berenschot te veel tijd kosten. ‘We moeten zo snel mogelijk de CO2-emissies omlaag brengen en het heeft gewoon tijd nodig voordat duurzame energie genoeg volume. Als we snel naar een serieuze waterstofeconomie willen, is daarvoor ook snel voldoende kritische massa nodig en dat kan je bereiken via lichtgroene waterstof, zoals wij het noemen.’

Berenschot onderzoek samen met TNO de mogelijkheden voor waterstofproductie uit aardgas. Anders dan bij grijze waterstof gaat de kooldioxide niet de lucht in, maar verdwijnt het in de grond. Het afvangen en ondergronds opslaan van CO2 was al onderwerp van onderzoek in het andere initiatieven zoals het ROAD-project, maar dat onderzoek is onlangs afgeblazen. Den Ouden: ‘Het verschil met die andere projecten is dat die zich richtten op post combustion afvang van CO2, ofwel aan de schoorsteen, terwijl wij de CO2 er van tevoren uithalen, ook wel pre combustion genoemd. Wij maken dus direct waterstof, upstream. Het voordeel hiervan is, naast een hogere bedrijfstijd dus betere economische haalbaarheid, dat het CO2 meer gecentraliseerd kan worden afgevangen en in een offshore gasveld kan worden geïnjecteerd. De waterstof kan via bestaande leidingen worden getransporteerd en ook opgeslagen. Hierdoor kunnen we heel snel een deel van de gasinfrastructuur omzetten op waterstof. Daar kan dan de waterstof uit duurzame bronnen later goed op invoeren, want de infrastructuur is er dan al; zo wordt ook waterstof uit duurzame bronnen bevorderd en ingefaseerd.

Systeemintegratie

Zowel de productiemethode voor het splitsen van waterstof en kooldioxide als de infrastructuur voor waterstof is onderwerp van onderzoek. ‘Uiteindelijk is de systeemintegratie het meest complexe deel van ons onderzoek’, zegt Den Ouden. ‘We richten ons zowel op centrales als industriële grootverbruikers en om die optimaal te bedienen, zal het hele systeem zeer nauwkeurig moeten zijn afgestemd op de diverse wensen. En aan de productiekant moet je ook afstemming vinden met de duurzame energiebronnen. Voor hogetemperatuurwarmte in de industrie zou waterstof een goede aanvulling kunnen zijn op andere mogelijkheden voor decarbonisering: elektrificatie met warmtepompen, mechanische of stoomrecompressie, circulaire economie, inzet van biomassa enzovoorts. Voor de industrie is waterstof overigens geen nieuw medium. Bij elkaar opgeteld produceren de raffinaderijen al jaarlijks zo’n tien miljard kuub waterstof voor hun productie. Laten we dan ook vaart maken met de overstap naar CO2-vrije productie. Daarom zou ik voorlopig geen onderscheid willen maken tussen groene waterstof en de lichtgroene variant, want er is echt haast geboden met het decarboniseren van het energiesysteem. Discussies over de beste route naar duurzaam zijn niet bevorderlijk voor de snelheid: het is als discussiëren over welke brandblusser we moeten gebruiken terwijl het huis in brand staat.’

 

Waterstoftransport

Om de waterstofeconomie echt te laten slagen, moet fors worden geïnvesteerd in zowel de fysieke infrastructuur als de logistieke faciliteiten in havens, langs wegen en industrieterreinen. Wat betreft de fysieke infrastructuur onderzoekt Gasunie binnenkort al de mogelijkheden voor waterstoftransport in een van haar leidingen. Chemiebedrijf Dow Benelux wil namelijk overtollige waterstof uitwisselen met kunstmestproducent Yara en chemiebedrijf ICL-IP. Gasunie wil daarvoor een bestaande leiding inzetten als transportmiddel.

Het is volgens Gasunie in principe goed mogelijk om door de huidige Gasunie-leidingen waterstof te transporteren. Gerben van Dijk: ‘Wanneer we bestaande leidingen inzetten onderzoeken we eerst of deze geschikt zijn voor het transport en of aanpassingen nodig zijn, in bijvoorbeeld afdichtingen van afsluiters. Voor Dow Chemical is dat al gedaan. We gaan daar komend jaar de aanpassingen aan het leidingsysteem doen en willen deze leiding over ongeveer een jaar in gebruik nemen voor waterstoftransport. Voor een ander project, het verbranden van waterstofgas in de Magnum-centrale van Nuon, moet dat nog worden beoordeeld. Overigens is het technisch ook mogelijk om waterstof tot twintig procent bij te mengen in aardgas.’

Voor een volledige waterstofinfrastructuur zijn wel aanpassingen in het aardgassysteem nodig. Van Dijk: ‘Veel van die aanpassingen zullen bij de afnemers plaatsvinden maar ook in het energiesysteem zul je onderdelen moeten aanpassen of ontwikkelen, zoals waterstofopslag om flexibiliteit in het systeem te brengen en aanpassingen aan compressorstations om het op druk te houden. We onderzoeken nog hoe we dit moeten inrichten.’

 

Waterstofopslag

Voor het eerst in Nederland wordt een installatie opgezet waarbij op een schaal van één Megawatt ervaring wordt opgedaan met de omzetting van duurzaam opgewekte elektriciteit in waterstof. EnergyStock en Gasunie New Energy zijn bezig met de voorbereidingen van een pilotproject bij Aardgasbuffer Zuidwending.

Op de aarden wallen en de parkeerplaatsen rondom de installatie worden circa dertienduizend zonnepanelen geïnstalleerd met een gezamenlijk vermogen van 2,4 megawatt. Hiervan is 1,4 megawatt bestemd voor de verduurzaming van de eigen energievoorziening van de installatie. Één megawatt zal worden gebruikt om ervaring op te doen met de omzetting van groene stroom in groene waterstof. Daarvoor zullen op de installatie drie zeecontainers worden geplaatst. Eén container bevat een elektrolyser waarmee water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof. De tweede bevat de benodigde elektronica en de derde een kleine compressor die vervolgens een van de opslagcilinders vult met waterstof. Met deze zogenoemde tube trailers kan het waterstof worden vervoerd naar afnemers in bijvoorbeeld de mobiliteit en industrie.

Bij Meeden ligt een verdeelstation van TenneT, een knooppunt in de elektriciteitsvoorziening. Hierlangs kan op termijn duurzame elektriciteit worden aangevoerd. Ook ligt er gasinfrastructuur in de omgeving waarlangs waterstof – al of niet gemengd met aardgas – kan worden afgevoerd. Ten slotte heeft EnergyStock vergunningen voor opslag van gas in speciaal daarvoor uitgeloogde sigaarvormige cavernes in de zoutberg die onder Zuidwending ligt. Onderdeel van de pilotfase is om te onderzoeken of waterstof hierin kostenefficiënt kan worden opgeslagen.