‘Noorden mikt op waterstof’ (Dagblad van het Noorden)

‘Noorden mikt op waterstof’ (Dagblad van het Noorden)

Een noordelijk waterstofplan dat tot 2030 tussen de 18 en 25 miljard aan investeringen vraagt. ‘Oude’ energiebedrijven hebben weer perspectief, en Noord-Nederland poogt meteen voorloper te worden met een energievorm die ook de toekomst heeft.

Noord-Nederland maakt een grote kans zich te ontwikkelen toteen sterke groene waterstofeconomie. Het is de overtuiging van hoogleraar toekomstige energiesystemen Ad van Wijk van de Technische Universiteit Delft, die als lid van de Noordelijke InnovationBoard (NIB) onderzoekt hoe een groene energiesector in dedrie noordelijke provincies kan worden aangejaagd. In zijn plan zijn hoofdrollen weggelegd voor drie bekende bedrijven in Noord-Nederland. Waar Shell (als aandeelhouder van de NAM), Gasunie en GasTerra nu tekenen voor de productie, distributie en handel in aardgas, spelen ze mogelijk straks dezelfde rol in de waterstofeconomie. Van Wijk: “De kennis die deze bedrijven hebben van aardgas is bijna 1 op 1 te gebruiken voor waterstof.” Dat de NIB Van Wijk heeft gevraagd zich te buigen over de vergroening en versterking van de noordelijke energiesector, is niet toevallig. Behalve een gerenommeerd wetenschapper is Van Wijk ondernemer. In 1984 was hij oprichter van het invloedrijke consultancybureau voor duurzame energie Ecofys. Dat groeide uit tot Econcern, dat zich onder leiding van Van Wijk razendsnel ontwikkelde tot een groene energiereus tot het in 2009 failliet ging. Het tekende ondermeer voor grote zonneparken in Spanje, het windpark Prinses Amalia in de Noordzee bij IJmuiden, de biomethanolfabriek BioMCN en de biomassa-energiecentrale Golden Raand, beide in Delfzijl. Als ervaringsdeskundige voorspelt hij wat een van de grootste problemen wordt bij de uitvoering van het plan: de vergunningen. Want regelgeving voor de productie, distributie en gebruik van waterstof is er nog niet. Van Wijk:”Dat gaat langs een normale weg te lang duren: zeker twaalf jaar. Dus daar moet iets op bedacht worden.”

20170116 het-waterstof-plan-in-noord-nederland
Sluiting Aldel

Het verhaal begint bij het chemiecluster in Delfzijl. Na de sluiting van aluminiumsmelterij Aldel eind 2013, stelde een commissie onder voorzitterschap van oud-Shell topman Rein Willems vast dat alle zeilen moeten worden bijgezet om de werkgelegenheid – 2250 banen direct, 3400 indirect – rond het chemiepark in de Eemsdelta te behouden. Door hoge kosten voor energie en grondstoffen kan de industrie daar nog maar moeilijk concurreren met het buitenland. Dat chemiecluster moet als eerste profiteren van zijn plan, zegt Van Wijk. De Eemsdelta moet de springplank worden voor de waterstofeconomie. Daartoe moet het cluster goed gebruik maken van de elektriciteit die in de Eemshaven beschikbaar is en komt. Behalve dat in de Eemshaven drie (met fossiele brandstoffen) gestookte energiecentrales staan, komt er via kabels een enorm vermogen aan groene stroom binnen. Van het noordelijk van Schiermonnikoog gelegen Nederlandse windpark Gemini, via de NorNed uit Noorwegen en vanaf 2019 via de Cobra uit Denemarken. Van Wijk verwacht dat er op niet al te lange termijn vanaf nieuwe Nederlandse en Duitse windparken nog veel meer elektriciteit naar de Eemshaven–en mogelijk naar Harlingen–zal worden getransporteerd. Als al die stroom Europa in moet worden getransporteerd, moet er volgens de hoogleraar fors worden geïnvesteerd in het hoogspanningsnetwerk. “De verbinding vanuit hetNoorden naar de rest van Nederland heeft straks een capaciteit van zo’n 5000 à 6000 megawatt”, zegt hij. Van Wijk verwacht dat er in de nabije toekomst in de Eemshaven minstens 4000 megawatt meer wordt aangevoerd. Vergroting van de transportcapaciteit vergt een investering van vele honderden miljoenen, misschien wel miljarden, veronderstelt Van Wijk.

Groot en veelomvattend
Het waterstofplan is zo groot en veelomvattend, dat de indruk kan ontstaan dat de doelen onbereikbaar zijn. Hoogleraar Ad van Wijk: ,,Dat zou inderdaad kunnen, maar het moet nu eenmaal geïntegreerd gebeuren.’’ De productie van waterstof via elektrolyse heeft schaalgrootte nodig om tot een lage kostprijs voor waterstof te komen, zo betoogt Van Wijk. Kleine initiatieven om mee te beginnen, zullen in eerste instantie niet leiden tot lage prijzen voor waterstof. En daarnaast moeten ontwikkelingen gelijktijdig worden ingezet, je kunt immers geen waterstof gaan produceren als je het niet bij de klanten kunt krijgen, dus is er ook een waterstofpijplijn nodig. Van Wijk: ,,In de eerste fase richten we ons dan ook op de industrie, die grote hoeveelheden waterstof kunnen afnemen, maar dan moet de groenewaterstofprijs wel kunnen concurreren met de fossiele waterstofprijs. Grote afnemers maken je bovendien competitief.’’ Denisa Kasova, directeur van de Noordelijke Innovation Board,vult aan: ,,Het zorgt ook voor nieuwe banen en nieuwe bedrijven.’’ Het is ook een integraal plan, hetgeen wil zeggen dat alles met elkaar heeft te maken. Wie de NoordNederlandse kaart bekijkt bij dit verhaal ziet dat in een tweede fase treinen, bussen en ook personenauto’s op waterstof rijden, maar dat meteen ook de noodzakelijke waterstof tankstations worden ingevuld. Er is een tijdpad tot 2030 uitgezet, waarin stap voor stap de ontwikkeling wordt geschetst.

20170116 -koning-willen-alexander-krijgt-rondleiding-over-waterstofauto
Balans

De energiehoogleraar stelt dat het veel goedkoper is destroom te gebruiken voor de aanmaak van waterstof, omdat de geproduceerde waterstof dan kan worden opgeslagen en getransporteerd via bestaande aardgasleidingen.Waterstof kan worden gemaakt via elektrolyse, waarbij water wordt gescheiden in zuurstof en waterstof. Via dit proces – power to gas –kan elektriciteit ook worden opgeslagen voor momenten dat turbines bij harde wind meer stroom produceren dan op dat moment nodig is. Datis lucratief, omdat die teveel geproduceerde stroom vaak goedkoop is en goed kan worden opgeslagen als waterstof, die later weer kan worden omgezet in elektriciteit. De opslagmogelijkheid lost bovendien een praktisch probleem op. Het maakt een goede afstemming van vraag en aanbod op het elektriciteitsnet mogelijk. Daardoor ontstaat de balans die nodig is om stroomstoringen te voorkomen. Elektrolyse is maar een van de methodes om groene waterstof te maken. De andere manier is het vergassen van biomassa, dat in het Noorden aanwezig is, maar ook zal moeten worden aangevoerd over zee. Beide productiemethodes zijn meer dan toekomstmuziek. Het bedrijf Torgass, dat een proefinstallatie in Groningen heeft staan, bereidt de bouw van een fabriek in Delfzijl voor waar een syngas uit biomassa wordt gemaakt. Dit syngas bevat een grote hoeveelheid waterstof.

 

20170116 -rijden-op-waterstofWaterstof als brandstof
Voor waterstofauto’s wordt wereldwijd een grote toekomst voorzien. Ze hebben slechts waterdamp als uitstoot. Deze auto’s zijn nog een zeldzaamheid. In Nederland rijden er zo’n twintig. Oorzaken: waterstofauto’s zijn erg duur en er is nauwelijks gelegenheid de brandstof te tanken. Een van de Nederlandse waterstofauto’s is eigendom van gashandel Holthausen in Hoogezand, dat experimenteert met deze schone brandstof. Het bedrijf bouwde onder meer een personenbusje en een rondvaartboot om voor waterstof. Het bedrijf wil ook een aantal tankstations met ‘groene’ brandstoffen gaan exploiteren, waarvan er op zijn minst één ook een waterstof vulpunt krijgt. Een waterstofauto lijkt in veel opzichten op een elektrische auto. De motor wordt echter niet aangedreven door elektriciteit uit een accu. Hij krijgt stroom doordat een brandstofcel de waterstof met zuurstof verbindt tot water (de verbranding). Daarbij ontstaat elektriciteit (omgekeerde elektrolyse). In Noord-Nederland zijn meer initiatieven om waterstof als brandstof te stimuleren. Zo komt in Delfzijl een waterstoftankstation en gaan in eerste instantie twee bussen op het waterstof rijden dat vrijkomt bij de chloorproductie van AKZO. Het Amerikaanse onderzoekbureau Bloomberg New Energy Finance voorspelde enige tijd geleden dat er volgend jaar in de VS, Japan, Europa en Zuid-Korea gezamenlijk zo’n 7500 auto’s op waterstof rijden.

20170116 -denisa-kasova-en-ad-van-wijk
Transport

Waterstof is niet alleen makkelijk op te slaan in tanks of bestaande ondergrondse gasopslagen. Het gas kan ook makkelijk worden getransporteerd. In de visie van Van Wijk kunnen daarvoor aardgaspijpleidingen worden gebruikt naar de chemische industrieën in Rotterdam, Bremen en Hamburg. “De aardgasverbindingen van Gasunie die vanuit Groningen naar Duitsland, het westen en het zuiden van ons landl open, bestaat uit een aantal leidingen. We gaan steeds minder aardgas maken, dus moet het mogelijk zijn een van deze pijpleidingen voor het transport van waterstof te benutten.” Maar het Groningse waterstof kan ook overzee worden vervoerd. De speciale schepen daarvoor kunnen afmeren in de Eemshaven. De productie van waterstof biedt de noordelijke provincies de mogelijkheid een modelregio te worden voor ‘schoon’ vervoer. Bij de verbranding van waterstof komt alleen water(damp) vrij, van de energie die deze
reactie oplevert wordt in een brandstofcel elektriciteit gemaakt. De regionale treinen zijn nu dieseltreinen, die zou je kunnen vervangen door brandstofceltreinen die met waterstof worden gevoed. Bij de nieuwe concessieverlening zouden provincies kunnen eisen dat deze regionale treinen op waterstof gaan rijden. Van Wijk suggereert ook om zwaardere voertuigen en boten, (bussen, vuilniswagens, trucks, veerboten) op termijn te laten overschakelen op waterstof. De hoogleraar realiseert zich dat het plan ambitieus is. Van Wijk:”Het is een veelomvattend plan. Het is niet alleen een kwestie van fabrieken bouwen, maar ook van marktontwikkeling, infrastructuur, regelgeving, innovatie, onderzoek en onderwijs. De kennis over waterstof moet in het onderwijsaanbod op alle niveaus terugkomen. Maar als je niets doet, gebeurt er ook niets. En de mogelijkheden zijn er.”

NIB is in projecten de ondernemer

De Noordelijke Innovatie Board (NIB) moet Noord-Nederland innovatiever en ondernemender maken. Het komt er op neer dat zwaarder ingezet wordt op vooral de uitvoering van noordelijke projecten van economische waarde. NIB-directeur Denisa Kasova: “We hebben vijf opgaves vanuit de vraag: wat zijn de meest kansrijke ontwikkelingen waarop we kunnen inhaken? Dat hoeven niet altijd nieuwe projecten te zijn, we kijken ook naar beschikbaarheid.’’ De noordelijke waterstofeconomie is een van de eerste opgaves die de NIB ter hand neemt. Vanuit de energietransitie die gaande is ,is het volgens Kasova een logisch project. Kasova: “We hebben de beschikking over Ad van Wijk, die zowel professor als ondernemer is. Dat is een weinig voorkomende combinatie. Van Wijk is bovendien een internationaal erkend expert.’’ Kasova en Van Wijk voerden van april tot de zomer talloze gesprekken met partijen die een rol kunnen spelen, zowel uit de regio als daarbuiten. Het waren steeds een-op-een gesprekken waarin commitment werd gezocht: zien jullie het zitten en pakken jullie het ook op? Kasova: “We hebben uitsluitend positieve reacties gekregen.” Op een grote bijeenkomst werd vervolgens het idee gepresenteerd en partijen gevraagd daaraan op korte termijn gezamenlijk verdere invulling te geven. De partijen werden pas een week vantevoren ingelicht, vertelt de NIB-directeur, om hun agenda schoon te vegen. Kasova: “Iedereen was er. Daaruit blijkt wel hun commitment. Een belangrijk signaal. Want we hebben elkaar nodig, iedereen is onderdeel van de uitvoering.’’ Kasova benadrukt dat de noordelijke waterstofecenomie geen NIB-project is. “Het is van iedereen en steeds stellen we elkaar de vraag: is dit de ontwikkeling waarmee we met z’n allen vooruit kunnen? De volgende stap is namelijk altijd het meest relevant.” De komende maanden moeten drie hoofdzaken worden uitgewerkt: hoe wordt het gefinancierd, hoe wordt het georganiseerd en wat is de impact (economische groei en werkgelegenheid). Dat levert het business plan op en indien dan voldoende partijen mee willen doen wordt begonnen met de uitvoering.

Drones op waterstof
  • er wordt onderzocht om drones te laten vliegen op waterstof. Van Wijk: ,,Eelde zou een luchthaven kunnen zijn waarvandaan drones het verste kunnen vliegen. Dat is een kans als je over pakketbezorging praat.’’ Het kan een unieke kans zijn voor de dronesontwikkeling in het Noorden;
  • met de datacenters in Noord-Nederland is groene waterstof van groot belang. Partijen als Tesla en en Facebook en Google willen alleen maar groene energie;
  • van de energie die Nederland verbruikt wordt 5 à 10 procent gebruikt voor de productie van waterstof, die wordt gebruikt als grondstof voor methanol en ammoniak en voor de verwerking van aardolie in raffinaderijen;
  • bij bestaande innovatiecentra in het Noorden, Wetsus in Leeuwarden, API in Emmen en Entrance in Groningen, kunnen nieuwe onderzoeks-, innovatie- en start-upactiviteiten rond waterstof worden ontwikkeld;
  • waterstof en aardgas zijn op sommige vlakken min of meer vergelijkbare gassen. Bestaande pijpleidingen voor aardgas kunnen worden ingezet voor waterstof;
  • bestaande bedrijven en organisaties die zich met aardgas bezighouden kunnen veel van hun installaties en mensen blijven inzetten als het gas wordt vervangen door waterstof. Bestaande industrie krijgt een nieuwe toekomst.

Dit artikel verscheen eerder in het Dagblad van het Noorden. Bekijk hieronder de PDF’s.

Pagina 1
pagina 2

De waterstofauto als rijdende energiecentrale

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op Duurzaam Nieuws

Hyundai i35 waterstofautoOnderzoekers van de TU Delft hebben een stopcontact als elektriciteitsuitgang gemonteerd op de Hyundai ix35 Fuel Cell, een elektrische auto die rijdt op waterstof. Dat maakt van de emissieloze Hyundai ix35 Fuel Cell een energiecentrale op wielen. Dit is een Europese primeur.

De onderzoeksgroep Future Energy Systems van de TU Delft doet onderzoek naar verschillende geïntegreerde systeemtoepassingen van brandstofcellen. Bij voorbeeld in het programma Car as Power Plant. Ad van Wijk is de leider van de groep.

‘De installatie van het stopcontact als elektriciteitsuitgang is een grote stap voorwaarts in een toekomst waarin waterstofauto ’s een bijdrage leveren aan schone mobiliteit en duurzame energievoorziening’, zegt Frank Meijer, hoofd van de afdeling Waterstof Elektrische Mobiliteit van Hyundai. Waterstofauto ’s produceren elektriciteit, warmte en schoon water. Die kunnen worden gebruikt in huizen, scholen en kantoren.

 

Elektriciteit voor tien huizen

De Hyundai ix35 Fuel Cell kan 10 kW vermogen leveren. Dat is genoeg om gemiddeld tien huizen te voorzien in hun elektriciteitsgebruik. De auto is in staat elektriciteit te leveren aan het elektriciteitsnet of direct aan een woning, bijvoorbeeld als aanvulling op zonne- en windenergie. Deze toepassingen worden in de volgende fase onderzocht en getest.

De Hyundai ix35 Fuel Cell is de eerste commercieel inzetbare waterstofauto ter wereld. Momenteel rijden er meer dan 250 Hyundai-waterstofauto’s in Europa, verdeeld over dertien landen. Dat is meer dan alle waterstofauto’s van alle andere fabrikanten bij elkaar.

 

Hyundai wil de groenste worden

Hyundai wil in de voorhoede gaan opereren als het om milieuvriendelijkheid gaat. Daarom komt het merk met een hele serie modellen met alternatieve aandrijving. Volgens het plan ‘2020.22.2’ wil Hyundai in 2020 wereldwijd 22 modellen met alternatieve aandrijflijn in het gamma hebben. Naast twee auto’s op waterstof gaat het om twaalf reguliere hybrides, zes plug-inhybrides en twee volledig elektrische auto’s.

 

Ionic in drie varianten

Met de recente introductie van de Ioniq wordt een eerste flinke stap gezet. De auto is met drie verschillende aandrijflijnen verkrijgbaar: gewoon hybride, plug-in hybride en ten slotte volledig elektrisch. Het uitgangspunt dat een schone auto voor iedereen bereikbaar moet zijn maakt Hyundai waar met een vanaf prijs van onder €23.000,-

hyundai inoniq

Hyundai geeft de Ioniq Electric een extra impuls door een samenwerking aan te gaan met energiebedrijf Eneco en met Fastned, de leverancier van snellaadstations voor elektrische auto’s. Bij het laadpakket is 5 jaar hosting, garantie, service en onderhoud van het laadpunt inbegrepen. Daarbij hoort ook een universele oplaadpas waarmee de Hyundai Ioniq Electric bij openbare laadpunten is op te laden.

 

De belofte van waterstof

Hoewel waterstof nog een flinke achterstand heeft op elektrische auto’s op batterijen, kan die wel eens snel worden ingehaald als het gaat om de systeemtoepassing van de waterstofauto. De belangrijkste stap is het bouwen van voldoende tankstations. Over 3 jaar moeten dat er 20 zijn. Daar is in Nederland nu een begin mee gemaakt. Andere Europese landen, zoals Duitsland en de Scandinavische landen, zijn daar al eerder mee begonnen en liggen ruim op ons voor. Maar we komen er aan.

Using clean cars as power plants: it can be done in the UAE

Note: This post previously appeared on Energy Post

The combined engine capacity of the new cars we build in just one year is more than the entire electricity generation capacity in the world. If we power our cars with fuel cells, we can use them as clean power plants the 96% of the time we are not driving in them, generating all the electricity we need, at competitive costs, with zero emissions. Frank Wouters, Director of the EU-GCC Clean Energy Network, and Ad van Wijk, Professor Future Energy Systems at Delft University of Technology, show how this could be done in the United Arab Emirates (UAE).

We are not using our cars very much in the UAE, nor elsewhere by the way. A quick scan on Dubizzle, the leading internet platform for used cars in the UAE, shows that we drive some 20,000 km per year. At an average speed of 60km/h, this means that we use our car less than 1 hour per day. The remaining 23 hours, or 96% of the time, our cars sit idle. In another context we would call that stranded assets.

Let’s assume that an average vehicle has an engine capacity of 100kW. More than 80 million cars are sold each year, which represents a capacity of 8,000GW. The combined capacity of all power plants in the world producing electricity amounts to 5,000GW, so each year we are adding more capacity in our car engines than we have installed to produce electricity. And we only use those cars 4% of the time, whilst power plants are used thousands of hours per year. Of course a car engine, as we have them now, doesn’t produce electricity, it only moves the car; but let’s look at fuel cell cars.

With an annual addition of 8,000GW of car engine capacity, it would take less than a year to replace the entire existing stock of power plants in the world

A fuel cell is a device that produces electricity from hydrogen, with pure water coming out of the exhaust. If we put a fuel cell in a car, the electricity is used to power electric motors that move the car, just like other electric vehicles. The difference is that pure electric vehicles, or EVs, require batteries, which add weight to the car and require a long time to charge. A fuel cell car can drive 100km on one kg of hydrogen and tanks that take 7kg of hydrogen can be refilled in 3 minutes. Several manufacturers are now offering hydrogen fuel cell vehicles, or HFCVs, among which are Toyota, Hyundai, Honda, Ford and General Motors.

At Delft University of Technology in the Netherlands, the team of Dr. Ad van Wijk, Professor Future Energy Systems, has developed a concept[1]around fuel cell vehicles, that are not only used as cars, but could ultimately replace our power plants. The idea is to use the fuel cell in the car to produce electricity also when it is not driving, which is 96% of the time. To make that possible, the car would need to be hooked up to a supply of hydrogen when it is parked and it needs to be connected to the electricity grid, either at home, at work or in a parking garage.  The exhaust water can also be used as drinking water and in colder climates the waste heat could be used for heating.

how a fuel cell works

Source: http://profadvanwijk.com/books/car-power-plant/

With an annual addition of 8,000GW of car engine capacity, it would take less than a year to replace the entire existing stock of power plants in the world. It is possible to turn our stranded assets into the energy supply of the future, especially if we can find a cost-effective and clean way to produce the hydrogen.

This article describes such a system for the United Arab Emirates, where the entire value chain is clean, i.e. without using fossil fuels.

Hydrogen economy

The term hydrogen economy, first coined by John Bockris at General Motors in 1970, describes an energy system that uses hydrogen as the primary energy carrier. Hydrogen can be produced from water, using clean energy, and when hydrogen is converted into useful energy such as electricity or motion, it only produces water as a by-product.

Due to the lack of carbon or nitrogen, no other harmful exhaust gases are produced, hence burning hydrogen does not contribute to climate change. It should be noted that it is also possible to produce hydrogen from natural gas, or use electricity from fossil fuels to produce hydrogen, so hydrogen is not always “clean”. In fact, 95% of hydrogen is produced from methane today.

The system described here is completely clean, feasible and cost effective and opens an avenue for the UAE or other GCC countries to remain global energy players in the new low-carbon energy paradigm

We modeled such a clean hydrogen system on the UAE, which is a major exporter of oil and gas, but has a strong forward looking vision on energy. The system described here is completely clean, feasible and cost effective and opens an avenue for the UAE or other GCC countries to remain global energy players in the new low-carbon energy paradigm. The main reason being the availability of low-cost solar energy in the region.

The United Arab Emirates

The United Arab Emirates, with oil production of more than 3 million barrels per day, is in the top five for global oil export. The Emirate of Abu Dhabi has the vast majority of the country’s oil and gas reserves, and is considered a low-cost producer.

More recently, the UAE has also led the global race towards ever lower costs for solar power, with a recent bid for ADWEA’s Sweihan solar PV plant coming in sub 3 $ct/kWh, following DEWA’s previous world record low price of 2.99 $ct/kWh for a solar PV plant. In the near future solar electricity will cost around 2 $ct/kWh.

The UAE has among the highest car ownership rates in the world. In Dubai there are more than 540 cars per 1000 inhabitants, so there are an estimated 5 million cars in the country

So the UAE is blessed with low-cost fossil fuels, which has helped build the nation, but the country is equally blessed with low-cost solar energy, which can help sustain its global energy leadership position in a low-carbon future. For that to happen, the hydrogen route could be very interesting.

Cars in the UAE

Let us focus on the cars first. The UAE has among the highest car ownership rates in the world. In Dubai there are more than 540 cars per 1000 inhabitants, so there are an estimated 5 million cars in the country. With each car driving 20,000km per year, this adds up to 100 billion km in total. If all cars were fuel cell cars, and knowing that a fuel cell car can drive 100km on 1 kg of hydrogen, we need 1 billion kg of hydrogen per year.

We want to produce the hydrogen using locally available solar energy, which is the cheapest in the world and which is cheaper than conventional energy. Hydrogen can be made from water using electricity in an electrolyser; present day electrolysers require 50kWh/kg H2, including the electricity required to demineralize sea water and compress the hydrogen. So we need 50,000 GWh of electricity to produce 1 billion kg of hydrogen. With the high number of sunshine hours in the UAE, we would need 23.5GW of solar PV to produce enough H2 for all cars.

Although hydrogen fuel cell cars are still more expensive than standard cars, there is no reason why they should be more expensive in the future, if we manufacture them at similar scale

With an average capacity of 100kW per car, we would have 500GW of fuel cell capacity available to drive, but also to generate electricity for the grid. Remember that most of the times our cars are not used. Given that we have a little more than 27GW of grid connected capacity in the country, this would be more than enough to replace conventional power plants.

Electricity

The UAE electricity consumption in 2014 was 100TWh. Using the fuel cells in the cars when they are not driving and assuming a consumption of 0.05kg H2/kWh, this would require an additional 5 billion kg of H2, on top of the 1 billion kg H2 required to drive the cars. Using the same formula, this requires an additional 117.5 GW of solar PV capacity for the electrolysers producing the hydrogen.

Land requirement

Do we have enough space for that? Per hectare of land, approximately 2.5MW of modern solar PV systems can be accommodated, depending on the efficiency of the solar cells. To cater for the car transportation and electricity production we need 23.5GW plus 117.5GW, which is 141GW. At 2.5MW per hectare, this represents roughly 350,000 hectare or 3,500km2, which is slightly more than the farming area in Abu Dhabi, which presently occupies 200,000 hectares.

The surface area of the UAE is 83,600km2, the majority of which is desert, so we only need 4% of the surface area of the country covered in solar panels to produce enough hydrogen for transportation and electricity production.

Water

Fuel cells not only produce electricity but also water. Every kg of H2 that is converted to electricity produces 9kg of water. Since we will convert 6 billion kg of H2 each year, we will produce 54 million m3 of drinking water.

Since solar PV is the cheapest form of electricity but not dispatchable, it makes sense to work towards a combination of solar PV and electricity from the fuel cells

Each person in the UAE consumes 550 liters water per day, and 56% of that is for residential use. With a population of 9.5 million, the residential water consumption amounts to approximately 1,000 million m3 per year. So apart from transport and electricity, the fuel cells also produce 5% of the drinking water.

Cost

So all of this is technically feasible with present day technology and sounds promising, but what about the cost?  Although hydrogen fuel cell cars are still more expensive than standard cars, there is no reason why they should be more expensive in the future, if we manufacture them at similar scale. So the main difference lies in the cost for the fuel. It requires 50kWh to produce 1 kg of hydrogen and since solar energy costs 2ct/kWh in the UAE, the energy cost to produce hydrogen is 1$/kg.

An electrolyser costs approximately $600 per kW nowadays. If we implement large scale projects such as proposed here, it is safe to assume an electrolyser of 1MW will cost $400,000 in a few years from now. The UAE has more than 2000 annual sun-hours, hence such an electrolyser coupled to a solar PV system would produce 40,000 kg of H2. Assuming a ten-year life and linear depreciation, this would add 1$ to the cost of the hydrogen. The overall cost of hydrogen in such a scheme in the UAE would hence amount to 2$/kg.

In the near future, cars will be able to drive autonomously, so at night the cars can drive to such a car park nearby to earn some money while the owners are asleep

Given the spectacular decline in the cost of solar PV electricity in just a few years, and given that fuel cells, electrolysers and related equipment are not deployed on a mass scale yet, it is safe to assume that this cost estimation is conservative and that the cost will be (much) lower over time. One should always bear in mind that the cost dynamics of hydrogen made like this, since it is made from plentiful sunshine and water, is only related to the cost of the technology, which has a fundamentally different dynamic than e.g. fossil fuels.

A fuel cell car can drive 100km on 1 kg of hydrogen. At 2$/kg for the hydrogen, the fuel costs are 2ct/km. The present cost for unsubsidized petrol in the UAE is 1.81 AED or 50ct per liter. A modern and fuel efficient car that drives 17km per liter therefore has fuel cost of 3ct/km, so a fuel cell car that drives on hydrogen made by solar energy in the UAE is 50% cheaper per km than a conventional car.

Goodbye stranded assets

The interesting part is yet to come. Since we are not using our car much, we can use the fuel cell to produce electricity for the grid when we are not using the car. Per kWh, approximately 50g of H2 is required, which amounts to 10ct/kWh. Since we already have the fuel cells, no or little additional capital costs are required. The present cost of generation in the UAE is approximately 5-7ct/kWh, depending on the Emirate, mainly due to the low cost of natural gas in the UAE. However, there is shortage of natural gas and future supply will increasingly come from LNG, which is more expensive.

The electricity from the nuclear power plants that are currently being constructed in Abu Dhabi will also increase the cost, which are only partly offset by the lower cost of solar energy. It should be noted that, although solar power is the cheapest form of power in the region, increasing shares of solar will introduce additional costs for storage or spinning reserves since the sun doesn’t always shine. Having our fuel cell cars fill the gap and eventually replace gas-fired power plants would be a great proposition.

The UAE has more than 50 years of experience with commercial oil and gas operations, and the hydrogen economy can greatly benefit from this intellectual and physical infrastructure

Since solar PV is the cheapest form of electricity but not dispatchable, it makes sense to work towards a combination of solar PV and electricity from the fuel cells. The maximum share of solar PV in the UAE electricity system without major additional balancing or storage costs is about one third. If we complement that with electricity from the fuel cells, we have mixed electricity costs of 7 ct/kWh, which is in line with the present mix in Dubai. On average, each car would only need to be used approximately 20 minutes every day to produce electricity in this scheme. The hydrogen case can hence compete with the present and planned set-up, which is a combination of gas, nuclear and solar energy, and will improve in the future.

If we convert our cars to fuel cell cars, we clean up the air in the cities, replace conventional power plants by using what we already have a little more, and produce pure drinking water as a by-product. How cool is that?

 

cars take over power plants

Towards a new paradigm

We have described a system, where hydrogen is produced from seawater and low-cost solar energy in the UAE, at a cost of $2/kg. With increasing efficiencies of the technologies involved, as well as scale effects, these costs could well be reduced by another 30-50% in the next decade or so. Half of those costs are the cost for (solar) energy, which is among the lowest in the world. Given the availability of ample land in the UAE, the potential to make hydrogen for the world market is massive and hydrogen made in the UAE could well compete on the global market for clean energy.

If we would dedicate 20% of the UAE land area for the hydrogen economy, we could have 665GW of solar PV capacity to produce hydrogen. This solar capacity would produce 28 billion kg of H2, representing value of $56 billion per year. The UAE now produces a little more than 1 billion barrels of oil every year, which, at $50 per barrel, represents revenue of $55 billion.

Such a scheme would of course require massive investments in infrastructure and would require several decades. The infrastructure would include the solar power plants, the water desalination stations, electrolysers, gas processing equipment, compressor stations and of course hydrogen storage and distribution infrastructure. At the work place, cars could park in a car park building with a supply of hydrogen, and a hook-up to the power grid and water network, plus equipment to measure the hydrogen consumed and electricity and water produced, so the car owner can get paid for the use of the fuel cell in the car. In the near future, cars will be able to drive autonomously, so at night the cars can drive to such a car park nearby to earn some money while the owners are asleep.

The UAE has more than 50 years of experience with commercial oil and gas operations, and the hydrogen economy can greatly benefit from this intellectual and physical infrastructure. Over time, the nation can construct the building blocks for the hydrogen economy, slowly replacing the fossil fuel infrastructure, including export terminals for hydrogen, to continue supplying the world with energy.

The difference is that water and sunshine will always be available.

Editor’s Note

Frank Wouters (frank@frank-wouters.com) is Director of the EU GCC Clean Energy Network, which fosters clean energy partnerships between the EU and the countries of the Gulf Cooperation Council. He is former Deputy Director-General at IRENA (International Renewable Energy Agency) and former Director of Masdar Clean Energy.

Ad van Wijk (a.j.m.vanwijk@tudelft.nl) is Professor Future Energy Systems at the Delft University of Technology in the Netherlands. He is the author of many books and articles, including Our Car as Power Plant, which can be downloaded for free here.

[1] http://profadvanwijk.com/books/car-power-plant/

Car as Power Plant in the news

After reaching a milestone earlier this month (dutch only) for the car as power plant project, media both within The Netherlands and far beyond picked it up as an alternative way to power society at large. The project itself involves a Hyundai IX35 that has been converted into a mobile power plant using hydrogen as a fuel and fuel cells as the generation technology. 1920-Hyundai_ix35_Fuel_Cell_vehicles

Check out some of the articles below:

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3508057/Power-home-CAR-Engineers-turn-electric-SUV-power-plant-wheels-let-homeowners-grid.html

http://www.automotiveworld.com/news-releases/dutch-university-transforms-hyundai-suv-power-plant/

http://www.inautonews.com/fuel-cell-cars-could-become-clean-power-plants-researchers-say

http://www.autocasion.com/actualidad/noticias/222102/el-hyundai-ix35-fuel-cell-se-convierte-en-una-planta-de-energia/

http://news.okezone.com/read/2016/03/26/15/1346169/mobil-hidrogen-hyundai-ix35-bisa-hasilkan-listrik-untuk-10-rumah

http://www.engineersonline.nl/nieuws/id26552-volgende-stap-naar-brandstofcelauto-als-energiecentrale.html

http://auto.blog.nl/autonieuws/2016/03/23/hyundais-ix35-als-energiecentrale

http://www.autozine.nl/nieuws/nieuws_archief.php?nk=14602

http://groenecourant.nl/elektrischeauto/waterstofauto-levert-stroom-aan-energienet/

https://www.deingenieur.nl/artikel/tu-delft-test-waterstofauto-als-stroombron

http://autovisie.nl/2016/03/nieuws/tu-delft-maakt-stopcontact-aan-waterstofauto/

https://www.bright.nl/nieuws/tu-delft-maakt-van-waterstofauto-een-rijdende-energiecentrale

http://www.groen7.nl/deze-hyundai-is-een-energiecentrale-op-wielen/

http://numrush.nl/2016/03/23/tu-delft-ontwikkelt-auto-die-elektriciteit-produceert-als-hij-stilstaat/

http://www.duurzaambedrijfsleven.nl/future-transportmobility/13435/tesla-en-toyota-bedreigen-business-essent-en-nuon

http://www.automobielmanagement.nl/nieuws/auto-technologie/nid23741-tu-delft-zet-hyundai-suv-om-in-rijdende-energiecentrale.html

http://www.tudelft.nl/nl/onderzoek/thematische-samenwerking/delft-research-based-initiatives/delft-energy-initiative/nieuws/artikel/detail/volgende-stap-naar-brandstofcelauto-als-energiecentrale/

 

 

A powerful project wins the Q-Park Thesis Award

​Developing reliable alternative sources of energy has become a huge concern in recent years. Making use of electricity produced by parked cars could one day help fix the problem.

/uploads/delta.tudelft.nl/delta_articles/31276/image/parked5.JPG

This concept, dubbed “The Car Park Power Plant” (CPPP), was explored by former Systems Engineering, Policy Analysis and Management student Jurriaan Coomans in his 2015 MSc project. It won the Ward Vleugels Q-Park Thesis Award on February 26, 2016.

The concept was originally conceived by Dr. A.J.M. van Wijk (Department of Radiation, Science & Technology) and it’s currently in development at TU Delft’s Green Village. CPPPs are definitely futuristic and most current cars, which are still fueled by gasoline, couldn’t be used. Instead, power would be harnessed from hydrogen vehicles.

These vehicles generate electricity from engines that create only water as waste. This means that they could be left running while parked. According to one report, 25 hydrogen passenger cars could generate as much energy as a single modern wind turbine. They would be capable of creating electricity in addition to heat when it isn’t even breezy outside. This technology could help store energy during off peak hours and also be used by hydrogen vehicle owners to power their homes. “Current estimations are that one car can power a hundred households,” Coomans explained. “This number is impressive, but it also shows us the hard truth about the inefficiencies of our current system.”

Unfortunately, it could take engineers several more years to develop CPPPs. The hurdles they’re facing include everything from industry economics to the efficiency of fuel cells. “Last but not least, this concept relies on the widespread usage of hydrogen cars,” Coomans said. “It will definitely take quite some time before we have solved the chicken-egg problem with the hydrogen fleet/hydrogen refueling infrastructure.”

You can learn more about the inner workings of CPPPs in Our Car as Power Plant, a free downloadable book written by Dr. Van Wijk and Leendert Verhoef, The Green Village’s Science and Innovations Manager.

Coomans, Jurriaan, Exploring the Operation of a Car Park Power Plant: Formalising the Operation of a System Innovation With the Actor-Option Framework, SupervisorsLukszo, Z., Warnier, M.E., Chappin, E.J.L., Park Lee, E.H., Defence: June 5, 2015.

This article originally appeared on Delta

Car as Power Plant: nieuwe mijlpaal bereikt!

CaPP_socket_plugEuropese primeur voor Delftse onderzoekers: brandstofcelauto die stroom levert

Onderzoekers van de TU Delft zijn erin geslaagd om een stopcontact als elektriciteitsuitgang te ontwerpen en te installeren op een brandstofcelauto. In samenwerking met innovatieve marktpartijen als Accenda, Stedin, Hyundai, RDW en GasTerra en studenten van de TU Delft, de Haagse Hogeschool en het ROC Mondriaan hebben ze gezorgd dat de zero-emission Hyundai IX35 FCEV nu een energiecentrale op wielen is; een Europese primeur.

Car as Power Plant
De onderzoeksgroep Future Energy Systems van professor Ad van Wijk binnen de vakgroep Process & Energy, faculteit 3mE, doet onderzoek naar verschillende geïntegreerde systeemtoepassingen van brandstofcellen, zoals in het programma Car as Power plant. Brandstofcelauto’s produceren elektriciteit, warmte en schoon water uit waterstof. Dat kan worden gebruikt in huizen, scholen en kantoren. De omgebouwde Hyundai brandstofcelauto kan nu 10 kW vermogen leveren. Dat is genoeg om gemiddeld tien huizen te voorzien in hun elektriciteitsgebruik. Met het stopcontact zijn de innovatoren in staat om de auto elektriciteit geprogrammeerd te laten leveren aan het elektriciteitsnet of direct aan een woning, bijvoorbeeld als aanvulling op zonne- en windenergie. Deze toepassingen worden in de volgende fase onderzocht en getest.

Omdenken in het systeem
Deze innovatie brengt meerdere technologische innovatievraagstukken met zich mee: hoe kan deze auto zijn elektriciteit zodanig leveren dat het elektriciteitsnet met een wisselend aanbod aan zonne- en windenergie stabiel wordt. En hoe kan lokaal en op een duurzame manier de benodigde waterstof worden geproduceerd uit bijvoorbeeld zonne-energie, worden opgeslagen en worden gedistribueerd? Ook ontstaan er vragen op andere, niet technologische domeinen, bijvoorbeeld als het gaat om het verdienmodel van energiebedrijven, de acceptatie door automobilisten, de bestaande wet- en regelgeving omtrent energieproductie en distributie of de training en opleiding van de installatiebranche en automobielindustrie. Om dit soort innovaties uiteindelijk in de praktijk te laten slagen, is het belangrijk te innoveren en om te denken op systeemniveau.

Systeeminnovaties op The Green Village, TU Delft.
Op de campus van de TU Delft werken vele marktpartijen samen aan innovaties op systeemniveau. The Green Village, het ‘levende systeemlab’ van en voor de TU Delft, dat momenteel in ontwikkeling is, brengt alle benodigde stakeholders bij elkaar. Wetenschappers en studenten, bedrijfsleven en overheden participeren in verschillende innovatieprogramma’s, waaronder Car as Power Plant. Al deze partijen werken gelijktijdig, ieder vanuit zijn eigen discipline en expertise, samen aan duurzame innovaties. Zo versnellen we de ontwikkeling ervan en werken we gezamenlijk aan een duurzame toekomst.

CaPP_socket

CaPP_interior

World Energy Summit

Very honored to be attending the World Energy Summit in Bangalore, India, from February 14-16 2016. logo-world-utility-summit-siteMoreover, I have been asked to hold a speech during the Gala Dinner! The World Energy Summit is one of the foremost conferences on the future of energy, and the role of renewable energy.

For those interessed: WES’ program can be found here.

Update: several pictures from the conference:

360A3099

360A3103

360A3107

“DC in plaats van AC/DC is innovatie 2015”

“DC in plaats van AC/DC is innovatie 2015”

groenebreinbreker500Dit artikel verscheen eerder op P-Plus

Kiezen voor gelijkstroom (DC) in plaats van wisselstroom (AC) kan onvoorstelbare hoeveelheden energieverlies besparen. Dat besef begint nu door te dringen en moet volgens hoogleraar Ad van Wijk als de belangrijkste systeeminnovatie van 2015 worden beschouwd.

Van Wijk maakt deel uit van het Groene Brein, het netwerk van duurzame wetenschappers in Nederland. Dit jaar begon hij aan de realisatie van ‘The Green Village’ bij de TU in Delft, waar geen energieverlies meer is omdat de wisselstroom (AC) uit grote energiecentrales eerst moet worden omgezet in gelijkstroom (DC), zodat alle elektrische apparaten kunnen werken. The Green Village wekt de eigen stroom op en dat is gelijkstroom.

Groene Breinbreker: Wat is de meest duurzame innovatie op energiegebied in 2015?

Antwoord prof. dr. Ad van Wijk (1956): Van Wijk zit als hoogleraar Future Energy Systems aan de TU in Delft bovenop alle innovaties die zijn vakgebied raken. Als oud-CEO van Econcern is hij bovendien niet alleen natuurkundige, maar ook nog eens ondernemer.

Van Wijk komt niet zomaar tot zijn antwoord, maar neemt eerst een ruime bocht, ietwat verontschuldigend. Wanneer hij uiteindelijk bij zijn antwoord aankomt, verwijst hij naar de Wikipedia, voor wie niet weet dat AC/DC niet alleen de naam van een rockband is met wereldhits als ‘Highway to Hell’ en ‘Whole Lotta Rosie’. DC staat voor Direct Current, oftewel gelijkstroom. AC betekent Alternate Current, in het Nederlands wisselstroom. Gelijkstroom is wat alle elektrische apparaten in huis gebruiken, wisselstroom is wat er in de meterkast in huis binnenkomt, aangeleverd door energieleveranciers.

Maar Van Wijk wil eerst uitleggen hoe hij erbij komt om dit onderwerp dat ruim een eeuw geleden al leidde tot ‘The Battle of the Currents’ tot innovatie van 2015 uit te roepen.

Van Wijk: “Ik was de afgelopen dagen in Berlijn bij de bijeenkomst van een Europees energieprogramma. Ik hield er een verhaal en 150 start-ups presenteerden zich. Met deze Groene Breinbreker in het achterhoofd heb ik gekeken of ik hier een keuze uit zou kunnen maken. Ik zag heel veel interessante vindingen. Een Nederlands team presenteerde een nieuw type ontwerp wasdroger die niet langer droogt met verwarmde lucht, maar met de temperatuur die de lucht heeft. Door niet meer te verwarmen, maar de was droog te blazen, bespaart deze technologie 80 procent op de energievraag. En die is heel hoog van wasdrogers, dat weet iedereen: het zijn stroomvreters. Je hoopt dat zo’n bedrijfje Eco-Dryer Systems in Apeldoorn die technologie weet weg te zetten bij fabrikanten als Bosch.

Ook hartstikke leuke technologie is die van het bedrijfje Prodrone. Dit bedrijfje ontwikkelde een technologie om met drones de bladen van windturbines heel nauwkeurig te kunnen inspecteren op scheurtjes of metaalmoeheid. Normaal doe je dat met een camera vanaf de grond. Dat is minder zorgvuldig, want door de drone te programmeren kun je steeds op dezelfde afstand controleren. Ook offshore op 250 meter hoogte, met sterke wind. Dat is heel bruikbaar.

Maar ja, als je me nu vraagt: is dit de innovatie van het jaar, dan zeg ik toch nee. Het zijn eerder allemaal puzzelstukjes, allemaal nodig om die grote puzzel van duurzame energie te kunnen leggen. Maar het zijn niet de baanbrekende innovaties van het jaar 2015. Dan moet je toch meer naar systeeminnovaties zoeken, maar daar geldt weer voor: zo’n doorbraak is lastig aan een enkel jaar vast te plakken. Dat zijn processen die jaren duren, zoals de opkomst van 3D-printen. Daardoor kan de hele maakindustrie veranderen, productie uit verre landen kan terugkomen naar Europa. Je kunt enorm gaan besparen op transportkilometers, op het voorkomen van productie-afval, op het voorkomen van overtollige voorraden. Je maakt elk product zonder afval en zonder er meer van te maken dan je nodig hebt. Dat soort veranderingen krijgen een grotere impact op het energielandschap dan de meeste mensen verwachten. Het Internet of Things is ook geen uitvinding van een jaar, maar ook een systeemverandering, omdat het ons energiegebruik veel beter kan controleren, besturen en behandelen.

Dit jaar is wel de fundamentele vraag omhoog gekomen of we ons elektriciteitsnet moeten omschakelen van wisselstroom (AC) naar gelijkstroom (DC). De situatie is nu zo dat alle elektrische apparaten de aangeleverde wisselstroom moeten omzetten naar gelijkstroom. In elk apparaat zit een omvormer die dat doet, bij het opladen van batterijen worden ze soms zelfs erg heet.

Met de opkomst van zonnepanelen vragen steeds meer mensen zich af waarom de gelijkstroom die de PV-panelen leveren door een dure omvormer moet worden omgezet naar wisselstroom die vervolgens door alle apparatuur weer wordt teruggezet naar gelijkstroom. Eigenlijk kun je die gelijkstroom gelijk gebruiken voor het apparaat. Als je de batterij van een elektrische auto gebruikt als accu heb je nog eens een extra omzetting. En bij elke omzetting is er 3 tot 5 procent verlies.

Grote energiegebruikers beseffen wat die besparingen kunnen opleveren. Ik zie dit jaar een doorbraak op schepen en bij datacenters. De omzetting van AC naar DC levert enorme warmte op en dus ook kosten om te koelen, de omvormers vragen ook heel wat bedrijfsruimte.

In Delft is aan de bouw van The Green Village begonnen, volledig op gelijkstroom.

Het is een correctie op de geschiedenis. Thomas Edison, de uitvinder van de gloeilamp, wilde al meteen gelijkstroom. Maar Tesla, die bij energieproducent Westinghouse werkte, kreeg het voor elkaar om het netwerk met wisselstroom te voeden, omdat hij de spanning naar een hoger niveau kon brengen. Nu, 115 jaar later, is de situatie totaal anders en kun je energiesystemen lokaal opbouwen, met PV-panelen en windmolens, die door de interne omzetting ook energie verliezen. Het argument van Tesla vervalt daarmee. De hoogspanningskabel van Noorwegen naar Nederland wordt al gevoed door gelijkstroom, op land wordt dat weer op wisselstroom omgezet en in de huizen en kantoren dus weer in gelijkstroom. Zelfs met gelijkstroom van 350 volt kun je al je apparaten nog gebruiken.

Ik zie tal van geïnteresseerde partijen, van ABB tot Siemens tot mensen als Harry Stokman van Direct Current die al jaren ijveren voor gelijkstroom en steeds meer gehoord worden.

De drempel is nu nog de grote onbekendheid van dit onderwerp. En het probleem is dat leveren van gelijkstroom niet mag volgens de huidige wet- en regelgeving. Omdat wetgeving per definitie altijd achter loopt op ontwikkelingen, lijkt mij het beste om van onderaf het nieuwe gelijkstroomsysteem op te gaan bouwen. Dan kan dat begeleidt worden door de ervaringen via Green Deal-achtige constructies, waar de overheid aan tafel zit.”

Stel gratis uw eigen vraag

Dit is de negende aflevering van de serie Groene Breinbrekers. Elke week zal op de website van P+ een praktijkvraag worden gesteld aan een van de 80 wetenschappers die aan het netwerk Het Groene Brein zijn verbonden. P+ roept het bedrijfsleven op eigen vragen te mailen. Beantwoording hiervan is gratis. Over een uitvoeriger onderzoek kan altijd gepraat worden. Vraag mailen naar: editor@p-plus.nl

Opening EnTranCe door Koning Willem Alexander

Dinsdagochtend opende Zijne Majesteit de Koning het nieuwe Energy Transition Centre (EnTranCe) in Groningen. Op EnTranCe – de proeftuin voor energietransitie van de Hanzehogeschool Groningen en Energy Academy Europe –bouwen studenten, onderzoekers, bedrijfsleven en publiek gezamenlijk aan de energievoorziening van morgen.

De Koning verrichtte in aanwezigheid van ruim 250 gasten de opening, waarna hij een rondleiding kreeg over het terrein. Studenten van mbo-, hbo- en wo-instellingen uit de regio lieten samen met docenten en ondernemers de nieuwste ontwikkelingen op energiegebied zien. Namens de TU Delft was ik vertegenwoordigd, met de waterstofauto en het Car as Power Plant concept.

Meer informatie over EnTranCe is te vinden op en-tran-ce.org.

Energy-vally-car-as-power-plant-king-willem-alexander-ad-van-wijk-2

Energy-vally-car-as-power-plant-king-willem-alexander-ad-van-wijk-3

Energy-vally-car-as-power-plant-king-willem-alexander-ad-van-wijk-1