50% Hydrogen for Europe: a manifesto

May 7, 2019 by Frank Wouters and Ad van Wijk Leave a Comment

Electricity has well known limitations, mainly for bulk and long-range transportindustrial processes requiring high temperature heat, and the chemicals industry. To entirely replace fossil fuels we need hydrogen, say Frank Wouters and Prof. Dr. Ad van Wijk. It has an energy density comparable to hydrocarbons. There’s more: Europe’s electric grid can’t cope with 100% electrification, yet hydrogen would use the existing gas pipe networks. The authors lay out a plan to deliver 50% of Europe’s energy from hydrogen by 2050. Done rapidly at scale, hydrogen would soon be as cheap as gas. It will also make Europe the hydrogen market leader: what technologies Europe (or anywhere!) masters first, it can sell to the rest of the world hungry for clean energy solutions.

Electrification is one of the megatrends in the ongoing energy transition. Since 2011, the annual addition of renewable electricity capacity has outpaced the addition of coal, gas, oil and nuclear power plants combined, and this trend is continuing. Due to the recent exponential growth curve and associated cost reduction, solar and wind power on good locations are now often the lowest cost option, with production cost of bulk solar electricity in the sunbelt soon approaching the 1 $ct/kWh mark. However, electricity has limitations in industrial processes requiring high temperature heat, the chemicals industry or in bulk and long-range transport.

Green hydrogen made from renewable electricity and water will play a crucial role in our decarbonised future economy, as shown in many recent scenarios. In a system soon dominated by variable renewables such as solar and wind, hydrogen links electricity with industrial heat, materials such as steel and fertiliser, space heating, and transport fuels. Furthermore, hydrogen can be seasonally stored and can be transported cost-effectively over long distances, to a large extent using existing natural gas infrastructure. Green hydrogen in combination with green electricity has the potential to entirely replace hydrocarbons.

Energy demand in Europe

Europe is a net energy importer, with 54% of the 2016 energy needs met by imports,consisting of petroleum products, natural gas and solid fuels. Although Europe is working ambitiously to become less dependent on energy imports, it is unlikely that Europe can become entirely energy self-sufficient. Most scenarios, including BP’s Energy Outlook 2019[1] indicate that Europe shall remain a net importer of energy until mid-century and beyond.

Several recent scenarios exist for Europe’s energy system in 2050, including Shell’s Sky Scenario[2], The Hydrogen Roadmap for Europe[3]DNV-GL’s Energy Transition Outlook 2018[4] and the “Global Energy System based on 100% Renewable Energy – Power Sector” by the Lappeenranta University of Technology (LUT) and the Energy Watch Group (EWG) [5]. But also, several renewable energy industry associations have assessed the role of renewable energy in the European energy mix by 2050, among which are EWEA[6] and GWEC[7]. Analysing and comparing these scenarios, an estimated 2,000 GW of solar and 650 GW of wind energy capacity is required to decarbonise Europe’s electricity sector by 2050, generating roughly 3,000 TWh of solar energy and 2,000 TWh of wind energy per year. Europe’s final energy demand in 2050 is estimated to be around 10,000 TWh and 50% would then be covered by electricity from solar and wind. In most scenarios, additional electricity is generated by nuclear and hydropower.

Final energy mix in Europe (2015). SOURCE: Eurostat

Hydrogen in Europe

Green hydrogen can be produced in electrolysers using renewable electricity, can be transported using the natural gas grid and can be stored in salt caverns and depleted gas fields[8] to cater for seasonal mismatches in supply and demand of energy. It should be noted that blue hydrogen, hydrogen produced from fossil fuels with CCS, can play an important role in an intermediate period, helping kickstart hydrogen as an energy carrier alongside the introduction of green hydrogen.

Using existing gas infrastructure

In Europe the lowest cost renewable resources are hydropower in Norway and the Alps, offshore wind in the North Sea and the Baltic Sea, onshore wind in selected European areas, whereby the best solar resource is in Southern Europe. The current electricity grid was not built for this, is not fit for the energy transition and needs to be drastically modernised. In 2018, an estimated € 1 billion worth of offshore wind energy was curtailed in Germany due to insufficient transmission grid capacity.

In addition, the development of new renewable energy capacity is slowed down due to the lack of grid capacity. Unfortunately, overhead power lines are difficult to realise due to environmental concerns, popular opposition and typically take more than a decade for planning, permitting and construction. However, a gas grid is much more cost-effective than an electricity grid: for the same investment a gas pipe can transport 10-20 times more energy than an electricity cable. Also, Europe has a well-developed gas grid that can be converted to accommodate hydrogen at minimal cost. Recent studies carried out by DNV-GL[9] and KIWA[10] in the Netherlands concluded that the existing gas transmission and distribution infrastructure is suitable for hydrogen with minimal or no modifications.

So instead of transporting bulk electricity throughout Europe, a more cost-efficient way would be to transport green hydrogen and have a dual electricity and hydrogen distribution system. Picture 2 shows the existing European natural gas grid (blue) and a hydrogen backbone (orange) as suggested by Hydrogen Europe and Delft University.

Picture 2: Natural gas infrastructure in Europe (blue and red lines) and first outline for a hydrogen backbone infrastructure (orange lines) [Delft University of Technology, Hydrogen Europe, 40GW Electrolyser Initiative]

A different approach: top down, not bottom up

By 2050 when Europe’s electricity system is largely based on variable renewables, hydrogen is indispensable. Several scenarios have tried to estimate the increasing demand for hydrogen in Europe over time and all of them use a bottom-up approach. Although there is merit in this approach by applying industry’s collective knowledge and a deep-dive in these sectors, the fundamental flaw lies in the fact that at present there is no market for green hydrogen, and it is therefore very difficult to estimate e.g. adoption rates for fuel cell vehicles or the willingness among consumers to choose between green gas or all-electric solutions for their domestic energy needs.

A more ambitious approach based on infrastructure development is proposed, similar to the introduction of electricity or natural gas. The fundamental philosophy is to make green hydrogen available at scale and cost-effectively and replace fossil fuels as quickly as possible by repurposing the current natural gas infrastructure to carry green hydrogen. Since the transmission and distribution infrastructure is already to a large extent available, the focus can be on developing electrolyser capacity, which is an opportunity for European market leadership.

How much hydrogen do we need or want?

65% of Europe’s current final energy demand consists of gas, coal and petroleum products, which can all be replaced by hydrogen and electricity. We therefore propose a 50% share of green hydrogen in Europe’s final energy demand for all sectors: industry, transport, commercial and households. Of course, this is a rough estimate and will differ per sector and country. It is doable in the transport sector, achieving a balanced mix of battery electric mobility for shorter distances, combined with fuel cell vehicles for heavy duty, longer ranges and higher convenience.

Share of EU Final Energy use per sector (2017). SOURCE: Eurostat

Most industrial high heat demand, currently served by natural gas, can be provided by hydrogen, and the household sector will consist of a mix of all-electric well-insulated new houses, while a large part of the existing building stock can be heated using hydrogen fuel cells and hydrogen gas boilers. Including the hydrogen required for power system balancing, this represents an overall hydrogen demand of 6,000 TWh/year, which can easily be accommodated by the European natural gas grid.

The green hydrogen will be produced by additional green electricity plants in Europe over and beyond the 2,000 GW solar and 650 GW wind capacity, in addition to blue hydrogenmade from natural gas whilst capturing and storing the CO2. However, 50% of the demand will be imported from neighboring regions in North Africa and the Middle East where green hydrogen can be produced cheaply and transported through cost-effective pipelines. Additional green hydrogen can be imported in liquid or ammonia form from additional sources further away, like LNG nowadays. Europe’s import dependency will be roughly cut in half, and since hydrogen can be produced almost anywhere, the supply risk profile will be much improved.

Cost competitive hydrogen

Renewable electricity is rapidly becoming cheaper than conventional electricity made in nuclear, gas- or coal-fired power plants. If a market would develop along the lines sketched here, hydrogen can be produced at € 1 per kg, which is compatible with natural gas prices of €9/mmbtu. Since the energy content of 1 kg of hydrogen is equivalent to 3.8 litre of gasoline, it is certainly cheaper than gasoline or diesel at that price point. But the main advantage lies in the infrastructure, the proposed transition would to a large extent use the existing natural gas grid and would avoid an expensive and troublesome complete overhaul of the electricity grid.

Action agenda

A European energy system based on 50% green electricity and 50% green hydrogen as described above would have many advantages: reduced emissionsreduced price volatilityindustrial opportunityavoidance of stranding gas grid assets and increased resilience.

The following are necessary considerations for an action agenda:

  • A strong, clear and lasting political commitment is necessary, embedded in a binding European strategy with clear goals stretching over several decades.
  • A new type of public private partnership on a pan-European level must be crafted, with the aim to create an ecosystem to nurture a European clean energy industry that has the potential to be world leaders in the field. This partnership should include the existing energy industry, as well as innovative newcomers.
  • A novel enabling regulatory environment and associated market design is required for the necessary investments, whilst keeping the system costs affordable.

This implies that Europe needs to:

  1. Develop a common internal market for hydrogen
  2. Develop an internal market for power to hydrogenhydrogen to power and storage + flexibility
  3. Expand the public electricity infrastructure and make it fit for the 21st century
  4. Convert the public natural gas infrastructure into a public hydrogen infrastructure
  5. Develop large scale hydrogen storage facilities in salt caverns and depleted gas fields
  6. Expand large scale green electricity production through national and EU auctions for renewable electricity
  7. Stimulate large scale green hydrogen production through national and EU auctions for renewable hydrogen
  8. Until 2035: stimulate large scale blue hydrogen (hydrogen made from fossil fuels whereby the CO2 is captured and permanently stored) production through national and EU auctions in parallel to green hydrogen deployment
  9. Between 2035 and 2050: switch rapidly to a system 100% based on renewable electricity and green hydrogen.
  10. Develop a modern, innovative, competitive and world leading economy on green electricity and green hydrogen as energy carriers and feedstock.

***

Frank Wouters is a former Deputy Director-General at IRENA. For a full CV click here.

Prof. Dr. Ad van Wijk is sustainable energy entrepreneur and part-time Professor Future Energy Systems at TU Delft, the Netherlands. For a full CV click here.

This article originally appeared at: https://energypost.eu/50-hydrogen-for-europe-a-manifesto/

CITATIONS:

  1. https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/energy-outlook/bp-energy-outlook-2019.pdf 
  2. https://www.shell.com/energy-and-innovation/the-energy-future/scenarios/shell-scenario-sky.html 
  3. https://fch.europa.eu/sites/default/files/Hydrogen%20Roadmap%20Europe_Report.pdf 
  4. https://eto.dnvgl.com/2018/ 
  5. http://energywatchgroup.org/wp-content/uploads/2017/11/Full-Study-100-Renewable-Energy-Worldwide-Power-Sector.pdf 
  6. http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/position-papers/EWEA_2050_50_wind_energy.pdf 
  7. http://files.gwec.net/register?file=/files/GlobalWindEnergyOutlook2016 
  8. https://forschung-energiespeicher.info/wind-zu-wasserstoff/projektliste/projekt-einzelansicht/74/Wasserstoff_unter_Tage_speichern/ (in German) 
  9. https://www.topsectorenergie.nl/sites/default/files/uploads/TKI%20Gas/publicaties/DNVGL%20rapport%20verkenning%20waterstofinfrastructuur_rev2.pdf(in Dutch) 
  10. KIWA – Toekomstbestendige gasdistributienetten – GT170227 (July 2018 – in Dutch) 

Waterstof is een serieuze optie voor ruimteverwarming

Waterstof is nodig om samen met elektriciteit op een duurzame manier in onze toekomstige energiebehoefte te voorzien. Elektriciteit, vooral opgewekt met wind en zon, is een schitterende energiedrager, maar moeilijk op te slaan. Om op de juiste momenten en op de juiste plaatsen voldoende energie te hebben, is een energiedrager als waterstof nodig, die wél goed is op te slaan en die over de wereldzeeën vervoerd kan worden. De plaatsen waar het hard waait en/of de zon zeer fel schijnt, en waar dus goedkoop duurzame energie te produceren is, liggen ver van de dichtbevolkte gebieden op aarde. Waterstof zal daarom nodig zijn voor een betaalbare energieopslag en internationaal transport, en in grote hoeveelheden in onze economie beschikbaar komen. Dat lijdt weinig twijfel. En daar kan de gebouwde omgeving van mee profiteren.

De gebouwde omgeving (en de glastuinbouw) vraagt vooral veel energie voor verwarming in de koude maanden. De totale hoeveelheid energie die in de wintermaanden naar de eindgebruikers stroomt, kan tot wel tienmaal hoger zijn dan in de zomer. De zon schijnt dan nauwelijks en het is niet gegarandeerd dat de windparken voldoende elektriciteit leveren op momenten dat dit echt nodig is. Ons uitstekende gasnet vangt momenteel die klappen op, en als we – zoals sommigen bepleiten – van het gas af moeten en een belangrijk deel van de bebouwing op elektrische verwarming met warmtepompen over moet gaan, zullen elektriciteitsnetwerken sterk verzwaard moeten worden om de piekvraag te kunnen bedienen.

Voor nieuwbouw is een elektriciteitsnetaansluiting met warmtepompen voor verwarming een prima oplossing. De gasaansluiting kan dan wegblijven. Maar tot 2050 zullen ook zo’n 6-7 miljoen bestaande woningen duurzaam verwarmd moeten worden, waarvoor tot dusver vooral in de richting van warmtepompen en warmtenetten (gevoed met rest- en/of aardwarmte) gekeken wordt, soms aangevuld met biogas.

Voor elektrificatie zullen de kosten voor het aanpassen van oudere woningen (warmtepompen, andere radiatoren en/of vloerverwarming, zware isolatiemaatregelen) in het algemeen vele tienduizenden euro’s bedragen. Ook de bijbehorende versterking van de elektriciteitsnetten, om ook op de koudste dagen voldoende elektriciteit naar de gebouwen te krijgen, is kostbaar. In een studie van CE Delft uit 2016 1), waarin de ‘ketenkosten’ voor heel Nederland worden berekend van verwarming met 1. biogas, 2. warmtepompen en 3. warmtenetwerken, viel de optie warmtepompen vanwege de hoge kosten zo goed als weg. Het bleek dat de gasinzet bij de beschikbaarheid van voldoende gas (er zal te weinig biogas zijn) oploopt tot wel zo’n 75% van de hoeveelheid energie die nodig is voor verwarming. De rest wordt vooral geleverd met warmtenetten, die overigens ook gas vragen voor bijverwarming op de piekmomenten. In deze studie is gerekend met een hoge gasprijs: 75 €ct./m3, de huidige productieprijs van biogas. Maar dan nog is biogas voor de maatschappij als geheel de goedkoopste oplossing in veel situaties.

In 2016 werd waterstof nog niet gezien als een serieuze optie om te voorzien in de energiebehoefte. Inmiddels zijn studies uitgevoerd 2) 3) om te beoordelen of het hogedruk-transportnetwerk en het lagedruk-distributienetwerk geschikt zijn voor waterstof. Met bescheiden aanpassingen zijn ze dat inderdaad. De Gasunie is inmiddels een traject gestart om voor 2030 de grote industriegebieden in Nederland met waterstofleidingen, omgebouwde aardgasleidingen, met elkaar te verbinden.

Ook wezenlijk is het punt dat de centrale warmtenetwerken met aardwarmte- en restwarmte-invoeding veelal niet op de piekvraag aangelegd zullen worden – omdat dit te duur is. Om in die piekvraag te voorzien is dus een aanvullende (waterstof)gas-infrastructuur nodig, bijvoorbeeld naar warmte-krachtcentrales in de steden. Als die leidingen er toch moeten lopen, dan is het natuurlijk ook de vraag of het niet kosteneffectiever is die meteen te gebruiken voor energietransport naar (een deel van) de gebouwde omgeving (in ieder geval de oude binnensteden), zodat daar geen nieuwe warmte- en/of elektriciteitsinfrastructuur hoeft te komen.

De eerste waterstof-cv-ketels van Nederlands fabricaat worden inmiddels getest in Rozenburg. In een Engelse studie 4) is berekend dat aanpassingskosten achter de voordeur (nieuwe cv-ketel, fornuis, gasmeter en arbeidsloon) rond de 3500 euro zullen bedragen. Isolatie is ook bij toepassing van waterstofketels gewenst. Isolatie zorgt immers altijd voor minder energiegebruik en dus ook voor lagere energiekosten. Het is dan niet noodzakelijk te isoleren tot een niveau waarbij lage-temperatuur-verwarming kan worden toegepast.

Hiermee ontstaat een aantrekkelijk beeld om waterstof voor de verwarming van gebouwen te gaan gebruiken. In ieder geval daar waar andere opties niet geschikt zijn, zoals in oude binnensteden, in dorpen met veel oudbouw en op het platteland. Ook is waterstof nodig voor de (piek)aanvulling bij elektrische oplossingen en bij rest- en aardwarmtegebruik. De waterstofoptie moet daarom snel beter onderzocht worden op de integrale maatschappelijke kosten in vergelijking met andere opties. De gemeentes die hun warmtevisies voor 2021 opgesteld moeten hebben, in samenhang met de Regionale Energie Strategieën, dienen de waterstofoptie dan ook serieus mee te wegen.

Door Chris Hellinga en Ad van Wijk


1) N. Naber, B. Schepers, M. Schuurbiers en F. Rooijers, „Een klimaatneutrale warmtevoorziening voor de gebouwde omgeving – update 2016,” CE Delft, 2016.

2) R. Hermkens, S. Jansma, M. v. d. Laan, H. d. Laat, B. Pilzer en K. Pulles, „Toekomstbestendige gasdistributienetten,” KIWA, 2018

3) A. v. d. Noort, W. Sloterdijk en M. Vos, „Verkenning waterstofinfrastructuur,” DNV GL, Groningen, 2017

4) D. Sadler, A. Cargill, M. Crowther, A. Rennie, J. Watt, S. Burton en M. Haines, „H21 Leeds City Gate,” Northern Gas Networks, 2016.

Dit artikel verscheen eerder op Omgevingsweb

‘Ontwikkelingen bij waterstof gaan hard maar nog veel uitdagingen’

H2O ACTUEEL   14 MAART 2019

Kon groene waterstof tot voor kort op veel scepsis rekenen, nu wordt deze energiedrager een grote potentie toegedicht bij de energietransitie. Volgens Jos Boere, directeur van Allied Waters, gaan de ontwikkelingen hard. “Veel bedrijven in de transportsector oriënteren zich al op waterstof-elektrisch vervoer.” Maar er zijn ook nog genoeg uitdagingen.

Jos Boere zegt dat naar aanleiding van het seminar ‘Waterstof, Warmte en Water: sleutels tot het post-fossiele energietijdperk’. Dit werd eerder deze week georganiseerd door KWR Watercycle Research Institute en Allied Waters, het uit KWR voortgekomen bedrijf gericht op het internationaal vermarkten van baanbrekende innovaties. Deze organisaties houden zich inmiddels zo’n vier jaar bezig met groene waterstof, die wordt geproduceerd door splitsing van water met behulp van elektriciteit uit wind- of zonne-energie.

Jos Boere

Jos Boere

In het begin kreeg Boere veel sceptische reacties als hij het had over de mogelijkheden van waterstof. “Mensen kwamen met tegenwerpingen als: duur, gevaarlijk, te grote omschakeling.” Maar vooral na de aardbeving in Groningen in januari 2018 is de opinie in Nederland omgeslagen. “Daardoor is erg veel in gang gezet. Denk aan het streven naar Nederland aardgasvrij binnen ruim tien jaar en aan de klimaatdoelstellingen. Waterstof wordt nu gezien als een goede kandidaat voor de toekomst.”

Trekkracht vanuit markt
De energiedrager is volgens Boere in drie opzichten interessant. Waterstof kan dienen als voeding van brandstofcellen voor elektrisch vervoer. Ook is waterstof in te zetten als energiebuffer, dus voor de opslag van energie waaruit later bijvoorbeeld elektriciteit kan worden gemaakt. Verder kan waterstof zeer waarschijnlijk worden gebruikt om oude gebouwen te verwarmen, zegt Boere. “Ons goede aardgasnetwerk is hierbij een asset. Op verschillende plekken zijn pilots in de maak om te laten zien dat dit ook voor waterstof kan worden gebruikt. Daarmee krijgt het aardgasnetwerk een tweede leven.”

Het Planbureau voor de Leefomgeving schrijft in de gisteren gepubliceerde doorrekening van het ontwerp-Klimaatakkoord dat hierin een ambitieus programma voor groene waterstof wordt gepresenteerd. Het planbureau zet daarbij vraagtekens en mist bindende afspraken. Boere vindt echter het programma in het akkoord wat betreft waterstof helemaal niet zo ambitieus. “Het kan zomaar zijn dat de autonome ontwikkelingen harder gaan dan we nu denken. Ik zie trekkracht vanuit de markt komen. Zo zijn veel bedrijven in de transportsector zich al aan het oriënteren op waterstof-elektrisch vervoer. Het is echt aan het kantelen.”

 ‘Door waterstof krijgt het aardgasnetwerk een tweede leven’

Hij wijst op de bijdrage van twee sprekers bij de bijeenkomst: Richard Klatten van Future Proof Shipping en Robert Scholman van aannemersbedrijf Jos Scholman. “Het eerste bedrijf bouwt een groot binnenvaartschip om, zodat dit kan varen op groene waterstof. Het aannemersbedrijf heeft tweehonderd voertuigen en wil die geleidelijk omschakelen naar waterstoftechniek. Zij doen dat niet alleen omdat ze het een goed idee vinden, maar vooral omdat klanten erom vragen. Zo kan een bedrijf zich in de markt onderscheiden op duurzaamheid.”

Goede uitgangspositie voor Nederland
Een andere spreker was Noé van Hulst, sinds een half jaar Nationaal Waterstofgezant. Hij ging in op internationale initiatieven als de Hydrogen Council. Hierbij zijn onder andere olieconcerns en autofabrikanten aangesloten die miljarden investeren in waterstofgerelateerde producten. Van Hulst vertelde dat Nederland een goede uitgangspositie heeft om voorop te lopen op het terrein van waterstof. Dat komt onder meer door het aardgasnetwerk en de kennis bij mkb-bedrijven.

Tijdens het seminar is Ad van Wijk, duurzaam energiespecialist en deeltijdhoogleraar aan de TU Delft, benoemd tot Honorary Fellow 2018 van KWR. De waterstofpionier kreeg deze onderscheiding vanwege zijn grote verdiensten voor KWR, waarvoor hij sinds 2013 parttime werkt. Zo heeft Van Wijk het concept Power to X bedacht voor de lokale inzet en opslag van duurzame energie en (hemel)water.

Techniek nog duur
Wat moet er volgens Boere de komende jaren verbeteren bij groene waterstof? “Schaalvergroting en kostenreductie. De grootste uitdaging is om de keten sluitend te krijgen. De productietechniek is nu erg duur en ook de vraagkant moet zich nog goed ontwikkelen. Ik ben optimistisch dat de keten in beweging komt gezien de huidige ontwikkelingen.”

Boere verwacht dat in de geëlektrificeerde toekomst zowel batterijen als waterstof-brandstofcellen een grote rol zullen spelen. “Het is niet óf-óf maar én-én. In alle gevallen valt er nog veel te optimaliseren. Dat vergt inspanningen in onderzoek en innovatie. Prachtige uitdagingen toch!”

Dit artikel verscheen eerder op H2O waternetwerk

De sleutels tot het post-fossiele energietijdperk

Een duurzaam energiesysteem kan alleen gedijen met geschikte opslag van energie. Naast warmte is groene waterstof een duurzame energiedrager, die de potentie heeft om ook goedkoop te worden. Het is misschien niet de oplossing voor alle vraagstukken, er zijn al bedrijven die een voortrekkersrol nemen met toepassen van groene waterstof. Samenwerking tussen partijen is daarbij belangrijk voor het rondkrijgen van de businesscase. Dat is de conclusie van het seminar dat Allied Waters en KWR op 11 maart organiseerden in Nieuwegein.

De middag vond plaats ter gelegenheid van de benoeming van prof. dr. Ad van Wijk tot Honorary Fellow, eerder die dag. Van Wijk ontving het fellowship van prof. dr. Dragan Savić, directeur van KWR.

Kennis delen

Kennis delen over duurzame energie en met name over de potentie van waterstof als energiedrager was het doel van het seminar. Experts uit de energie- en watersector waren aanwezig bij het seminar, net als beleidsmakers bij de overheid. Ook professionals uit de financiële wereld en het bedrijfsleven maakten hun opwachting.

Directeur Dragan Savic en Jos Boere onthullen het glaasje ter ere van Honorary Fellow Ad van Wijk

DIRECTEUR DRAGAN SAVIC EN JOS BOERE ONTHULLEN HET GLAASJE TER ERE VAN HONORARY FELLOW AD VAN WIJK.

De rol van waterstof

‘Hardcore energiespecialist’ Van Wijk is al een aantal jaren verbonden aan KWR. Met zijn kennis verbindt hij energie en water. In zijn keynote deelde hij zijn visie voor de energievoorziening van de toekomst. Daarin is een grote rol weggelegd voor waterstof. Van Wijk maakte duidelijk dat die visie niet nieuw is. Jules Verne schreef in 1874 al dat water de nieuwe brandstof zou worden door er waterstof van te maken; een onuitputtelijke bron voor warmte en licht. ‘Ik heb dus alleen maar iemand nagepraat’, zei Van Wijk.

Uitdaging

Het steeds goedkoper worden van duurzame energie is een steun in de rug voor waterstof. Die energie is niet in voldoende mate aanwezig in Europa, maar wanneer we 10% van Australië vol zouden zetten met zonnepanelen, levert dat voldoende energie op voor de hele wereld. Hetzelfde geldt als we 1,5% van de Stille Oceaan zouden gebruiken voor het opwekken van windenergie. ‘De uitdaging is’, aldus Van Wijk, ‘de energie zo goedkoop mogelijk op de juiste tijd op de juiste plek te krijgen.’ Hierbij speelt waterstof een belangrijke rol. Via waterstof kun je energie transporteren, en ook opslaan tot je het nodig hebt. In Nieuwegein (Utrecht) zijn vergaande plannen voor realisatie in de maak. Van Wijk is er via KWR en Allied Waters nauw bij betrokken.

Ad van Wijk spreekt tijdens het seminar over het gedachtegoed achter W3: waterstof, warmte en water

AD VAN WIJK SPREEKT TIJDENS HET SEMINAR OVER HET GEDACHTEGOED ACHTER W3: WATERSTOF, WARMTE EN WATER.

Binnenvaartschip op waterstof

Waterstof is geen bron van energie, het is een drager. In de woorden van Van Wijk: ‘de ultieme circulaire energiedrager’. Wereldwijd is er grote belangstelling voor waterstof. Die is nog niet altijd honderd procent groen; waterstof kan ook gemaakt worden door kolen te vergassen en de CO2 ondergronds op te bergen. ‘Om de beweging op gang te brengen, tijdens een overgangsperiode, is dit nodig’, stelde Van Wijk. ‘De volgende stap is groene waterstof.’

Richard Klatten van Future Proof Shipping sloot daarbij aan met zijn keynote speech. ‘Scheepvaart is een grote vervuiler’, stelde hij. ‘De uitstoot van de scheepvaartindustrie is vergelijkbaar met de CO2-uitstoot van heel Duitsland.’ Hoog tijd om te verduurzamen, vond Future Proof Shipping, de netwerkorganisatie die emissie in de scheepvaart terug wil brengen tot nul. Research & development wees waterstof aan als alternatief van de energievoorziening op schepen.

Kennis aan elkaar knopen door partnerships

Transitie richting waterstof komt pas tot stand als marktpartijen erom vragen, aldus Klatten. ‘Wij zijn een kleine club die partnerships bouwt. We knopen alle kennis, alle wetenschap en alle mogelijke partijen aan elkaar.’ ‘Want gebruikmaken van elkaars kennis is onmisbaar om progressie te maken’, zei hij. En soms komt het gewoon aan op: doen. ‘Natuurlijk willen we groene waterstof, en de belangstelling daarvoor neemt snel toe. Maar in de overgangsfase naar waterstofgedreven scheepvaart moet je soms gebruikmaken van blauwe en soms zelfs grijze waterstof. Dit kan de markt op gang brengen in de goede richting.’

Klattens organisatie initieert zelf ook projecten om de markt te stimuleren. Zoals de aankoop van een containerschip dat omgebouwd wordt tot waterstofschip; een pilot samen met Allied Waters en KWR. ‘Onze grootste uitdaging was de groene waterstof die Allied Waters in overvloed bleek te hebben en die wij erg hard nodig hebben. Zo maken wij samen de businesscase sluitend. Dit project is een prachtig voorbeeld van ketenaanpak. We creëren een beweging die anders misschien nog jaren op zich had laten wachten. Je moet ergens beginnen, en wij doen dat nu zelf, samen met Allied Waters. Met dit ene schip reduceren wij de CO2-uitstoot met 2.000 ton per jaar.’

 Seminar Ad van Wijk 2019 03 11 072 web 780x470

Naar maatschappelijk verantwoord ondernemen

Sleutelspelers uit het veld hielden interactieve pitches tijdens het seminar. Waaronder Robert Scholman van aannemersbedrijf Scholman. Hij vertelde over de toekomstplannen van ‘een dieselverslindend bedrijf’, dat 2,5 miljoen liter brandstof verbruikt op jaarbasis, naar een bedrijf dat maatschappelijk verantwoord onderneemt. Alleen batterij-elektrisch rijden biedt dan te weinig mogelijkheden, waardoor waterstof-elektrisch rijden als alternatief in beeld kwam. Scholman wil, in samenwerking met partners, een voortrekkersrol vervullen, onder andere in de bouw van een waterstoftankstation en omschakeling van de eigen machinerie – en daarmee ook de eigen marktpositie versterken.

Bonaire duurzaam

Els van der Roest van KWR vertelde over het duurzame energiesysteem waaraan Bonaire werkt. Windturbines wekken 36% van de energie op, op het eiland. De rest is diesel. Daar wil het eiland verandering in aanbrengen, en waterstof kan daarbij een rol spelen. Zowel als het gaat om de energievoorziening aan de 20.000 inwoners, als aan de 530.000 toeristen die het eiland jaarlijks aandoen. Bonaire wil een ‘blue destination’ zijn, en Allied Waters en KWR helpen bij het verkennen van de mogelijkheden. ‘In dat deel van Nederland gaat het goed lukken met de duurzame energievoorziening’, zei Van der Roest.

Waarde van samenwerken

Lianda Sjerps van TKI Urban Energy zette warmte centraal in haar presentatie en benadrukte de waarde van samenwerken binnen (innovatie)projecten. ‘Als een project niet lukt, komt het niet door de technologie’, zei zij. ‘Het gaat erom hoe snel wij elkaars competenties kunnen ontdekken en inzetten en enthousiasme om kunnen zetten in actie.’

Deze zelfde boodschap werd ook gebracht door watergezant Henk Ovink, die aanwezig was per film. ‘Het verbinden van de werelden van water en energie is broodnodig’, zei hij. ‘Water is de hefboom voor duurzame stedelijke ontwikkeling.’ Die opgave is wereldwijd heel groot, waarbij alle slimme ideeën van professionals en onderzoekers nodig zijn om de toekomst vorm te geven.

Nederland loopt voorop

Waterstofgezant Noé van Hulst benadrukte in de afsluitende keynote dat versnelling in de waterstofsector te bereiken valt door samen op te trekken, als partners, als landen. ‘Nederland heeft veel potentie als het om waterstof gaat, en loopt voorop in dominante projecten. Toonaangevende internationale bedrijven investeren in Nederland. Maar we moeten niet alleen naar Nederland kijken, lokaal of regionaal, maar rekening houden met de mondiale context. Veel meer samenwerking is nodig. We moeten projecten in de benen helpen die opschaling en kostendaling kunnen realiseren. En eventuele barrières die er zijn vooraf al slechten in internationaal verband.’

 Samenwerking essentieel

Waterstof is een mondiaal verhaal, beaamde Honorary Fellow Ad van Wijk in zijn afsluitende woord. ‘Maar je moet daarnaast ook lokaal aan de slag. We kunnen mondiaal van alles bedenken, als het niet lokaal gedragen wordt, begin je niks. Ik ben misschien bevooroordeeld, maar waterstof gaat leven, ook bij burgers. Zij vragen om duurzame ontwikkeling. Waterstof moet daarom op de juiste manier meegenomen worden in het Klimaatakkoord. Alleen: waterstof is niet het antwoord op alles. We moeten warmte, elektriciteit en waterstof als energiedragers in samenhang bekijken – en je moet nog steeds je woning isoleren, bijvoorbeeld.’

‘In duurzame projecten’, stelde hij, ‘is samenwerking onontbeerlijk. Je kunt de businesscase niet rondkrijgen zonder samenwerking. Dat is een mooie opgave voor KWR en Allied Waters voor de komende honderd jaar.’

KWR Honorary Fellows Verstraete en Den Blanken waren aanwezig bij het seminar

KWR HONORARY FELLOWS VERSTRAETE EN DEN BLANKEN WAREN AANWEZIG BIJ HET SEMINAR

‘Waterstof kan ons veel tijd én geld besparen’ (De Stentor)

Veel duurzame energie wordt geproduceerd op plekken waar niemand woont. De vraag is daarom: hoe krijgen we deze goedkope elektriciteit op de juiste plek en tijd bij de gebruikers?
Veel duurzame energie wordt geproduceerd op plekken waar niemand woont. De vraag is daarom: hoe krijgen we deze goedkope elektriciteit op de juiste plek en tijd bij de gebruikers? © ANP

‘Waterstof kan ons veel tijd én geld besparen’

OPINIE Duurzame energie uit wind en zon is stukken goedkoper dan de energie die in kolencentrales wordt geproduceerd. De vraag is alleen hoe we die energie op de juiste plek en tijd bij de gebruikers krijgen. Ad van Wijk weet het antwoord: de elektriciteit omzetten in waterstof.
Ad van Wijk 10-03-19, 14:30 

We moeten ons energiesysteem drastisch gaan veranderen. We moeten af van fossiele energie, kolen, olie en gas en overschakelen naar duurzame energiebronnen, zoals wind, zon en aardwarmte. Niet alleen voor het klimaat, ook voor onze economie. Immers, we gaan stoppen met het oppompen van aardgas uit Groningen, willen niet afhankelijk worden van gas uit Rusland, maar hebben wel veel energie nodig.

Waar gaan we al deze duurzame energie produceren? De laatste jaren hebben we in de wereld een spectaculaire daling van kosten van elektriciteit door zon en wind gezien. Duurzame elektriciteit uit zon en wind kunnen we nu, op plekken waar het hard waait of de zon veel schijnt, produceren voor minder dan 2 eurocent/kWh. De verwachting is dat dit binnen afzienbare tijd tot rond de 1 eurocent per kWh is gezakt. Dat is veel goedkoper dan de elektriciteit die we hier met onze moderne kolencentrales produceren. Die kost namelijk zo’n 4-5 eurocent/kWh. In Europa is zon en wind elektriciteit nog niet zo goedkoop, maar sinds kort zien we ook in Europa dat er grote zonneparken in Spanje en offshore windparken op de Noordzee zonder subsidie kunnen worden gerealiseerd.

Juiste plek

Het vervelende is echter dat we die goedkope zon en wind elektriciteit produceren op plekken waar niemand woont. De vraag wordt: hoe krijgen we deze goedkope elektriciteit op de juiste plek en tijd bij de gebruikers. Een voor de hand liggende gedachte is om dan een groot elektriciteitsnet aan te leggen, dat de elektriciteit naar ons toe brengt en deze elektriciteit vervolgens op te slaan in batterijen voor gebruik op het juiste moment.

Maar er is ook een andere mogelijkheid, namelijk het omzetten van water met elektriciteit in waterstof. Als waterstof van ver moet komen, Australië, Namibië of Argentinië bijvoorbeeld, dan maken we het vloeibaar en brengen het hiernaartoe per schip. Maar waterstof is net als aardgas ook eenvoudig over grote afstanden via een pijplijn te transporteren. De kosten van energietransport per pijplijn zijn tien tot twintig keer zo laag als per elektriciteitskabel. Dat geldt voor nieuwbouw, maar er ligt in Europa en zeker in Nederland, ook op de Noordzee, een zeer uitgebreide aardgasinfrastructuur, die we in de toekomst steeds minder voor aardgas gaan gebruiken. Dit gastransportnet is eenvoudig, snel en goedkoop om te bouwen naar een waterstofinfrastructuur.

Sneller, eenvoudiger, goedkoper

Daarnaast is grootschalige energieopslag in de vorm van waterstof veel sneller, eenvoudiger en goedkoper te realiseren in zoutkoepels, dan opslag van elektriciteit in batterijen. In een zoutkoepel kun je zo’n 230 miljoen kWh opslaan. Dat is hetzelfde als 23 miljoen thuisbatterijen met 10 kWh opslagcapaciteit. De installatie bij de zoutkoepel kost 100 miljoen, maar die batterijen kosten, zelfs als ze in de toekomst fors goedkoper worden, nog zeker zo’n 10 miljard euro.

Bij de omzetting van elektriciteit naar waterstof gaat wel energie verloren, zo’n 20 procent. En natuurlijk kost een elektrolysefabriek ook geld. Maar als we naar het gehele energiesysteem kijken, dan blijkt dat voor transport van energie over grote afstanden en grootschalige seizoensopslag we toch beter een fors deel van de elektriciteit om kunnen zetten in waterstof. Zo wordt waterstof samen met elektriciteit de energiedrager waarmee we een duurzaam energiesysteem betrouwbaar én betaalbaar kunnen krijgen.

Weggegooid

Ook kunnen we met waterstof veel sneller een duurzaam energiesysteem realiseren. We zien nu al dat in Duitsland voor ongeveer 1 miljard euro aan elektriciteit van offshore windturbines moet worden weggegooid, omdat de capaciteit van het elektriciteitsnet op land niet groot genoeg is. In Nederland hebben we recent gehoord dat al die geplande zonneparken niet op het elektriciteitsnet kunnen worden aangesloten, omdat er niet voldoende capaciteit is. Uitbreiding van het elektriciteitsnet kost veel tijd én geld, terwijl door omzetting naar waterstof de capaciteit van het gasnet meer dan voldoende is.

Als we nu waterstof in onze gaspijpleidingen hebben, kan het op eenzelfde manier worden gebruikt als aardgas. Bijvoorbeeld in de industrie, voor het produceren van warmte of als grondstof voor het maken van kunstmest of plastics, als transportbrandstof, voor het verwarmen van gebouwen en voor elektriciteitsproductie, als er niet genoeg zon en wind is.

Dit artikel verscheen eerder op De Stentor

Ad van Wijk is hoogleraar toekomstige energiesystemen aan de TU Delft en waterstofambassadeur voor Noord-Nederland.

En ineens is het helemaal hot: waterstof.

Racen? Kan ook op waterstof, maakten studenten van de TU Delft duidelijk op het circuit van Zandvoort.
Racen? Kan ook op waterstof, maakten studenten van de TU Delft duidelijk op het circuit van Zandvoort. © ANP

Waterstof: hoe een simpele molecuul in de spotlights staat

AANRADER VAN REDACTIEIneens is er veel enthousiasme over waterstof. Bussen gaan op het doodeenvoudige molecuul rijden en voor een cv-ketel op waterstof is extreem veel animo. Maar hoe veilig is dit gas? En is het de gedroomde vervanger van aardgas?

De cv-ketel op waterstof die het bedrijf Remeha uit Apeldoorn vorige week presenteerde op de Bouwbeurs in Utrecht, blijkt een regelrechte hit. Bij de stand waar de Apeldoornse kachelfabrikant een prototype toont van de cv-ketel die draait op waterstof, is het publiek niet weg te slaan. Maar ook provincies hebben waterstof in het vizier. De Gelderse volksvertegenwoordigers willen dat de stad- en streekbussen elektrisch of op waterstof gaan rijden en wel zo snel mogelijk. In Overijssel en Flevoland wordt daarover hetzelfde gedacht, ook daar willen ze dat het busvervoer zo snel mogelijk emissieloos rijdt.

Waterstof. Dit doodeenvoudige molecuul – twee aan elkaar geplakte waterstofatomen – is het meest voorkomende element in het universum. Maar hoe veilig is dit gas eigenlijk? ,,Heel veilig’’, zegt Ad van Wijk (foto). Hij is hoogleraar Toekomstige Energie Systemen, verbonden aan de TU Delft. ,,Waterstof is het lichtste element, het stijgt op met twintig meter per seconde. Stel dat er een lek is, dan zit het – voordat het met zuurstof is gemengd en waardoor het kan branden – al heel hoog in de lucht. De stof is het gebouw allang uit, vervliegt zeg maar. De vluchtigheid van waterstof verlaagt de kans op brand of een explosie aanzienlijk. In die zin is waterstof absoluut veiliger dan aardgas.’’

Bekijk hieronder een simpele weergave van hoe het werkt met waterstof:

Koolmonoxide

Maken waterstof dmv groene stroom
Maken waterstof dmv groene stroom © Anke Arts

Wat ook in het voordeel van waterstof werkt, is dat er geen koolmonoxide kan vrijkomen. ,,Een groot nadeel van aardgas is koolmonoxidevergiftiging. Dit kan ontstaan als deze stof vrijkomt. Nog steeds gaan mensen hieraan dood, van de week las ik er nog over in de krant. Een belangrijk pluspunt van waterstof is dat er geen koolmonoxide vrijkomt en er dus ook geen vergiftiging kan optreden.’’

Onzichtbaar

Zelf bakte Van Wijk vorig jaar de eerste waterstof-omelet van Nederland. Maar heb je eenmaal een cv-ketel op waterstof in je huis draaien, is koken op waterstofgas wel een dingetje. De vlam is namelijk onzichtbaar. Ad van Wijk: ,,Niet veilig, gevaarlijk zelfs. Er moet geur en kleur aan het gas toegevoegd worden. Een zwavelstofje bijvoorbeeld, dat natuurlijk niet giftig is. Het toevoegen van een geur gebeurt overigens ook bij aardgas. Maar waarom zou je nog op gas willen koken als je een cv-ketel op waterstof hebt? Beter is het om elektrisch te gaan koken als je eenmaal bent overgestapt.’’

Probleem

Uit het rapport Toekomstbestendige Gasdistributienetwerken dat in opdracht van Netbeheer Nederland blijkt dat oude poreuze metalen gasleidingen een probleem kunnen zijn voor de distributie van waterstofgas. ,,Het gaat door gietijzeren pijpleidingen die in de grond liggen en niet in je huis. Eigenlijk hadden deze leidingen allang vervangen moeten worden, ze liggen vaak in oude stadscentra. Waterstof vliegt er dwars doorheen en dan ben je het gas kwijt. Niet geschikt dus. Maar het gaat om twee procent van alle leidingen die in ons land liggen. Bijna alle pijpleidingen zijn van plastic en prima geschikt voor waterstof.’’

Pijpleidingen

Voor tanken met waterstof, moeten pompstations nieuwe waterstof-vulpunten bouwen. Waterstof tanken, lijkt op aardgas (Compressed Natural Gas (CNG), red.) tanken, zegt Van Wijk. ,,De pijpleidingen voor aardgas zijn dan ook geschikt voor het transporteren van waterstofgas.’’

Techniek en veiligheid zijn dan ook niet zo het probleem volgens de hoogleraar. Om waterstof grootschalig in te zetten, is een grote systeemomslag nodig die een ‘nationale aanpak’ vergt, zegt Van Wijk. ,,Deze transitie vergt regie en visie. Als consument alleen, maak je het verschil niet. En als regio ook niet. Dit moeten we samen doen, als rijksoverheid. Net als we destijds met het aardgas deden.’’

Dit artikel verscheen eerder op De Stentor
Auteur: Alice van Eijk 11-02-19, 08:00 Laatste update: 14:09 

‘Ineens lijkt waterstof het antwoord op alle energieproblemen’ – Volkskrant

ACHTERGROND WATERSTOF

Ineens lijkt waterstof het antwoord op alle energieproblemen – waar komt al dat enthousiasme vandaan?

Een vrouw in Californië tankt waterstof voor haar auto. Foto Bloomberg via Getty Images

Geen woord erover in het regeerakkoord, maar de Klimaattafels van Ed Nijpels buitelen over elkaar heen om waterstof te bejubelen. Ook energiebedrijven staan te popelen om de energiedrager te gaan gebruiken, maar daarvoor is een grote systeemomslag nodig. De vraag is wie dat allemaal gaat betalen.

‘Waterstof is wat ons betreft de sleutel tot de energietransitie.’ Dat zei Ed Nijpels, voorzitter van de Klimaattafels die dinsdag de eerste stappen richting een Klimaatakkoord presenteerden. Terwijl het woord ‘waterstof’ in het regeerakkoord niet één keer voorkwam. Waarom kan dit doodeenvoudige molecuul – twee aan elkaar geplakte waterstofatomen, het meest voorkomende element in het universum – plots op zo veel enthousiasme rekenen, van de industrie tot milieubewegingen?

Omdat het gas waterstof een energiedrager is met een breed scala aan toepassingen. Het is potentieel een brandstof voor auto’s, fabrieken en cv-ketels, een opslagmiddel voor duurzame elektriciteit en een grondstof voor de chemische industrie. Daarmee vormt het een oplossing voor meerdere problemen die de energietransitie met zich meebrengt. Vandaar dat waterstof in de stukken van vier van de vijf Klimaattafels een belangrijke rol speelt.

Hoe kom je aan waterstof?

Waterstof is geen energiebron maar een energiedrager. Je moet het eerst maken, wat energie kost, waarna deze energie elders bruikbaar is. Nu al produceert de industrie zo’n 800 duizend ton waterstof per jaar, vooral voor raffinaderijen en voor de kunstmestindustrie, zegt Ad van Wijk, hoogleraar toekomstige energiesystemen aan de TU Delft. De industrie maakt dit nu nog door aardgas te splitsen, waarbij CO2 vrijkomt. Deze waterstof wordt ‘grijs’ genoemd.

Vang je deze CO2 af en stop je het onder de grond, dan spreek je van blauwe waterstof. Deze variant staat in de gepresenteerde plannen van de Klimaattafels genoemd voor de korte termijn. Milieuorganisaties hebben twijfels over de haalbaarheid en de prijs van ondergrondse CO2-opslag – een frictiepunt tijdens de onderhandelingen over het Klimaatakkoord.

Waar het uiteindelijk heen moet, is groene waterstof. Deze wordt op fundamenteel andere manier geproduceerd: door water met duurzaam opgewekte elektriciteit uit elkaar te trekken tot zuurstof en waterstof (elektrolyse). Daar komt geen CO2-molecuul aan te pas. Het is in feite gecondenseerde wind- en zonnestroom.

Foto de Volkskrant

Waarom is waterstof zo hard nodig?

In principe is het omschakelen van een economie op duurzame energie een makkie: je elektrificeert alle energieverbruik, ook voor verwarming en voor transport. Die stroom maak je met duurzame middelen, dus met windmolens, zonnepanelen en biobrandstoffen zoals biogas en houtsnippers. Klaar.

Maar er zijn twee problemen. Allereerst zijn sommige processen, vooral in de zware industrie, niet te elektrificeren, of alleen tegen heel hoge kosten. Het maken van staal, glas, cement en bakstenen bijvoorbeeld: de benodigde temperatuur is nauwelijks te bereiken met warmtepompen of elektrische ovens. Met waterstof kan het wel. Het Zweedse staalconcern SSAB is al begonnen met de bouw van een proefinstallatie voor dit procedé.

Het andere probleem is dat zon en wind niet altijd op afroep beschikbaar zijn. Denk aan windstille of bewolkte dagen. Daar zijn veel mouwen aan te passen. Zo kun je elektriciteitsnetten aan elkaar koppelen; het waait altijd wel ergens in Europa. Je kunt het gebruik van stroom afstemmen op het aanbod van stroom. Laad bijvoorbeeld de batterij van de elektrische auto ’s nachts op; dan is er meer windstroom en weinig vraag.

Maar er zijn grenzen. Eens in de twee jaar kampt Nederland met een aanzienlijke ‘Dunkelflaute’, een periode van dagen of soms weken dat de zon niet schijnt en de wind niet waait, ook niet in het buitenland. Daar zit je dan met je molens en panelen. Dat probleem wordt gaandeweg groter. Naarmate warmtepompen steeds meer woningen verwarmen, neemt juist in de winter, als de zonnestroom bijna wegvalt, de elektriciteitsvraag toe. Voor zulke momenten zou je een energievoorraad willen aanleggen tijdens energieoverschotten.

Je kunt elektriciteit toch in een batterij stoppen?

Dat kan, maar dat is duur. Om alleen al de elektriciteit op te slaan die huishoudens in Nederland op één dag verbruiken, moet voor 45 miljard euro aan batterijen worden aangeschaft.

Dezelfde hoeveelheid energie opslaan in de vorm van waterstof is veel goedkoper en makkelijker. Certificeringsinstituut Kiwa berekende eerder dit jaar dat het opslaan van 2.000 kilowattuur energie in een batterij rond de 40 duizend euro per jaar kost; honderd keer duurder dan het bewaren van diezelfde hoeveelheid energie in de vorm van waterstof. De batterij zou zo groot zijn als drie zeecontainers. Voor dezelfde energiehoeveelheid waterstof volstaat een tank van één kubieke meter.

Hoogleraar Van Wijk heeft de mogelijkheden ook bestudeerd. ‘In een zoutcaverne past 6.000 ton waterstof. Die bevat dan evenveel energie als 17 miljoen grote huisbatterijen voor zonne-energie.’

Ook als je energie wilt transporteren, kun je beter waterstof verplaatsen dan stroom. Er gaat weliswaar 60 procent van de energie verloren wanneer je elektriciteit omzet in waterstof en weer terug in elektriciteit. Maar ‘elektronen’ verplaatsen via nieuwe kabels is 100 tot 200 keer duurder dan waterstof verplaatsen via omgebouwde aardgasleidingen, zegt Van Wijk. Dat voordeel gaat zwaarder tellen naarmate de windmolens verder in zee komen te staan. En al helemaal wanneer je zonne-energie uit de Sahara naar Europa wil halen; volgens hem een reële mogelijkheid. Nederland heeft het voordeel dat er al een grote gasinfrastructuur ligt. Ook woonwijken kunnen hierdoor relatief eenvoudig van waterstof worden voorzien, volgens hem.

Hoe sla je waterstof op?

Je kunt het flink in elkaar persen, vloeibaar maken, in een oud gasveld stoppen of in een zoutholte. De eerste methode is voor grote hoeveelheden minder geschikt en de tweede is moeilijk omdat je het moet koelen tot -255 graden, en daarna weer verwarmen. Dat kost veel energie.

Of het in lege gasvelden kan worden opgeslagen, is nog onzeker. Mogelijk gaat waterstof reageren met elementen in de bodem, zoals zwavel, en ontstaan er giftige verbindingen. Opslaan in zoutcavernes is geen probleem.

Doordat waterstof het kleinste molecuul op aarde is, gaat het dwars door sommige materialen heen. Dat kan lastig zijn bij transport in pijpleidingen, maar is geen groot probleem: in industriegebieden zijn al prima werkende leidingnetwerken voor waterstof.

De energiecentrale van Nuon in de Eemshaven in Groningen. Foto Nederlandse Freelancers

Loopt het Klimaatakkoord op de muziek vooruit met dat waterstofplan?

Absoluut niet. Het bedrijfsleven is al hard bezig. In Groningen werkt Gasunie aan een waterstoffabriekje dat op zonnepanelen werkt. Op den duur kan dat worden opgeslagen in een zoutholte bij Zuidwending (Veendam). In Rotterdam heeft TNO, in opdracht van Uniper, BP, Stedin, Havenbedrijf Rotterdam en Smartport, de mogelijkheden van groene waterstof onderzocht. En afgelopen mei pleitte de Waterstofcoalitie, onder meer bestaand uit grote bedrijven en Greenpeace, ervoor dat Nederland voorop moet lopen op waterstofgebied.

Dat doet het nu nog niet. Een jaar geleden tekenden grote concerns als Shell, Total en Toyota in Davos een ‘waterstofpact’. In IJsland wordt waterstof gemaakt met de aardwarmte van hun befaamde geisers. In Duitsland stroomt ter plaatse gemaakt waterstof op enkele plaatsen gewoon door het gasnet. Tot een bijmenging van 20 procent levert dat geen enkel probleem op.

Maar Japan is pas echt gek op waterstof. Sinds het land zijn kerncentrales in de ban deed na het ongeluk met de centrale van Fukushima, ziet het land het gas als dé brandstof van de toekomst. De Olympische Spelen van 2020 in Tokyo zullen de eerste zijn die helemaal op waterstof draaien.

Waar moet Nederland die waterstof produceren?

De Noordzee lijkt er geknipt voor, gezien de vele windmolens die er kunnen staan. Op sommige gasplatforms kunnen waterstoffabriekjes staan.

Het is geen verre toekomstmuziek. Het consortium North Sea Energy, met daarin olie- en gasbedrijven, offshorebedrijven en kennisinstituten als TNO, heeft al vier bedrijven gevonden die het eerste experiment willen opzetten. René Peters, directeur gastechnologie bij TNO, verwacht dat nog dit jaar een besluit wordt genomen. In totaal, denkt hij, is er wel een tiental platforms inzetbaar bij de waterstofproductie.

De energiebedrijven willen dolgraag, en niet alleen omdat waterstof hun toekomst kan zijn. Zij zitten met productieplatforms en buizenstelsels die spoedig overbodig zijn, omdat de gasvelden in de Noordzee leeg raken. Dan moeten ze die installaties verwijderen: een dure grap. Het installeren van Peters’ waterstoffabriekjes kan die nare kostenpost naar een verre toekomst schuiven.

Zulke fabriekjes op oude gasplatforms is niet Peters’ einddoel. ‘Je kunt daar kleine installaties op zetten van 10 megawatt, en ook nog wel grotere van bijvoorbeeld 100 megawatt. Maar uiteindelijk heb je fabrieken nodig met een vermogen van meer dan duizend megawatt. En om die te herbergen, heb je een eiland in de Noordzee nodig.’ Aan dat eiland wordt al gewerkt. Tennet, het bedrijf dat in Nederland het hoogspanningsnet beheert, heeft een samenwerkingsverband met zijn Deense en Britse zusterbedrijven, Gasunie en de haven van Rotterdam. Op de Doggersbank willen ze zo’n eiland aanleggen. Maar voordat dat er ligt, is het wel 2040. Peters: ‘Tot die tijd kunnen we op die gasplatforms alvast beginnen en ervaring opdoen.’

Het duurt zeker tot 2030 voordat de waterstofproductie op grote schaal draait, denkt Peters. Al die windmolens die op de Noordzee gepland zijn, zijn natuurlijk prachtig, maar alleen al om alle kolencentrales te vervangen die uiterlijk 2030 dicht moeten, zijn 3.000 van de grootste molens nodig. ‘Het duurt echt nog wel tot 2030 voordat we zo veel stroom van de Noordzee hebben dat we een groot overschot kunnen gebruiken voor de productie van waterstof’, zegt hij.

Welke hordes zijn verder nog te nemen?

Om waterstof grootschalig in te zetten, is een grote systeemomslag nodig die volgens Ad van Wijk een ‘nationale aanpak’ vergt. Er zijn grote hoeveelheden windmolens op zee nodig. Elektrolysers, die groene waterstof maken, moeten massaal uit de grond worden gestampt. De huidige gasinfrastructuur moet aangepast, zodat deze ook waterstof aankan. Fabrieken moeten gasturbines en -ketels aanpassen. Wie dit soort investeringen betaalt, is in de huidige fase van het Klimaatakkoord hét twistpunt. De Industrietafel zou graag een tenderregeling zien, waarbij bedrijven subsidie kunnen aanvragen voor hun waterstofplannen, zoals eerder ook voor windmolenparken gebeurde.

Dan is er nog de vraag: is dit gas wel veilig? Absoluut, zegt Van Wijk. ‘Waterstof is het lichtste element, het stijgt op met 20 meter per seconde. Stel dat er een lek is, dan zit het voordat het met zuurstof is gemengd – waardoor het kan branden – al hoog in de lucht.’ Maar, zo weet hij, dat betekent niet er geen maatschappelijke zorgen kunnen zijn, wat het draagvlak voor waterstof aantast. ‘Daar moeten we dus aandacht aan besteden.’

Draait de cv-ketel uiteindelijk op waterstof?

Die kans is niet heel groot. De efficiëntste manieren om woningen te verwarmen zijn aansluiting op een warmtenet dat wordt gevoed met afvalwarmte van de industrie, en de al veel genoemde elektrische warmtepomp. Maar voor sommige woningen of wijken kan waterstof zomaar een (deel van de) oplossing blijken. Erop koken kan ook: afgelopen mei bakte Van Wijk zelfs de eerste waterstof-omelet van Nederland. Al is dan wel een kleurstof nodig: de vlam is onzichtbaar.

Dit artikel verscheen eerder in de Volkskrant

Waarom waterstof onmisbaar is

Volgens hoogleraar Ad van Wijk is wind- en zonne-energie niet genoeg

Het is de komende jaren een kwestie van meters maken. Dat zegt hoogleraar Ad van Wijk over de transitie naar duurzame energie. “De technieken die we nodig hebben om de doelstellingen van het klimaatakkoord van Parijs te halen, bestaan gewoon. We moeten ze nu op grote schaal gaan toepassen.” Het is vooral van belang om in te zetten op het gebruik van waterstof. Dat is volgens Van Wijk hét alternatief voor aardgas.

“Ik ben een boerenzoon en letterlijk opgegroeid met de krachten van de natuur”, vertelt Ad van Wijk. “Als kind was ik altijd buiten, in de zon, de regen, of de wind. Ik denk dat ik al op heel jonge leeftijd intuïtief aanvoelde wat een energie er in de natuur huist.”

Van Wijk studeerde in de jaren 70 natuurkunde in Utrecht. “Het was de tijd van het rapport van de Club van Rome: Grenzen aan de groei. Dat heeft mijn aandacht voor de draagkracht van de aarde wel aangewakkerd. En door de oliecrises in die periode besefte ik ook de kwetsbaarheid van ons energiesysteem dat volledig afhankelijk was van olie uit het buitenland. Het antwoord op de ecologische en geopolitieke vragen lag wat mij betreft voor de hand: zelf duurzame energie opwekken.”

Duurzame energie voor iedereen

Van Wijk was in 1984 medeoprichter van Ecofys, een adviesbureau op het gebied van duurzame energie. Later werd hij directievoorzitter van Econcern. Dat bedrijf realiseerde verschillende grote duurzame energieprojecten, zoals het Prinses Amalia windpark op de Noordzee, en omvangrijke zonne-energieprojecten in Spanje.

Econcern ging echter failliet in 2009. Het bedrijf kreeg tijdens de financiële crisis steeds meer moeite met het financieren van de grote projecten en kon uiteindelijk zijn verplichtingen niet meer nakomen. Van Wijk: “Toen zat ik ineens thuis op de bank. Maar voor mij was het al snel duidelijk dat ik me wilde blijven inzetten voor de energietransitie.” Dat doet hij momenteel onder meer als deeltijd professor Future Energy Systems aan de TU Delft. Van Wijk: “Hier werk ik samen met een grote groep inspirerende ondernemers en onderzoekers die innovatieve oplossingen ontwikkelen voor de toekomstige energievraag.”

Ad van Wijk voor een auto van Green Village TU Delft

Ad van Wijk: “Duurzame energie voor iedereen is nog steeds mijn persoonlijke missie. “

“Duurzame energie voor iedereen: dat was indertijd de missie van Econcern”, zegt Van Wijk. “En het is nog steeds mijn persoonlijke missie. Want ik ben ervan overtuigd dat het kan: een volledige overstap naar duurzame bronnen. Maar dat gaat niet zonder slag of stoot. Dus voor het zover is, zijn we echt een aantal decennia verder. Want het bouwen van voldoende duurzame opwekkingscapaciteit kost veel tijd. Maar dat pleit er alleen maar voor om zo snel mogelijk en grootschalig te beginnen.”

C.V.
AD VAN WIJK

Ad van Wijk (1956) is duurzame energieondernemer en deeltijd professor Future Energy Systems aan de TU Delft. In 1984 was Van Wijk medeoprichter van het bedrijf Ecofys, later een onderdeel van Econcern. Van Wijk was CEO van Econcern, een bedrijf dat veel nieuwe duurzame energieprojecten ontwikkelde. Voorbeelden zijn het offshore windpark Prinses Amalia in de Noordzee, diverse zonne-energieparken in Spanje en een bio-methanol fabriek in Nederland.
profadvanwijk.com

Waarom is een grootschalige aanpak noodzakelijk?    

“Laten we reëel zijn: we komen er niet met alleen maar kleinschalige en lokale projecten voor bijvoorbeeld het opwekken van groene stroom. Dat soort projecten – zoals de aanleg van lokale zonneparken – is absoluut van belang, maar ze leveren al met al gewoon te weinig op. De komende tien tot vijftien jaar moet het accent wat mij betreft vooral liggen op het bouwen van fors meer windparken op zee én op de overschakeling naar waterstof.”

“Om te beginnen bij wind op zee: dat is veruit de meest efficiënte vorm van duurzame energieopwekking op dit moment en in de komende jaren. Een molen op zee wekt ongeveer tweemaal meer energie op dan een op land. Tot voor kort moest de bouw van offshore windparken worden gesubsidieerd, maar dat is inmiddels niet meer nodig.” Begin dit jaar maakte minister Wiebes van economie en klimaat bekend dat het bedrijf Vattenfall voor het eerst een offshore windmolenpark bouwen zónder subsidie. Dat park moet in 2022 klaar zijn en zal 1 miljoen huishoudens van stroom voorzien.

Windmolens op zee

Momenteel telt Nederland drie windmolenparken op zee, en worden er twee bijgebouwd. Tussen 2023 tot 2030 komt er nog een zo’n 7.000 megawatt aan opwekkingsvermogen op zee bij, zegt Van Wijk. “In totaal staat er tegen 2030 zo’n 11.500 megawatt aan offshore windmolenparken.” Dat is genoeg om ruim elf miljoen huishoudens van stroom te voorzien. Aangezien Nederland niet zoveel huishoudens telt, kan een deel van de opgewekte energie ook voor bijvoorbeeld de industrie worden gebruikt.

Nordsee One windpark in zee in Duitsland

Het Duitse off shore windpark Nordsee One, dat door Triodos Bank gefinancierd wordt.

 

 

 

 

 

 

 

De totale geplande capaciteit van wind op zee lijkt weliswaar fors, toch zijn de bestaande en voorziene parken volgens Van Wijk niet meer dan een begin. “Ik schat in dat we in de periode 2023-2030 ongeveer viermaal zoveel extra opwekkingscapaciteit op zee moeten bouwen dan het kabinet nu voor ogen heeft. Haalbare en betaalbare grootschalige alternatieven voor wind op zee zijn er niet, want alle andere opties zijn veel duurder. Ook windmolens op land zijn geen haalbaar alternatief. Natuurlijk, ook daar moeten er meer van komen, alleen is de ruimte in een klein land als het onze beperkt.

Er is ook kritiek op windparken op zee. Ze zouden een aanslag plegen op bijvoorbeeld het leven op de zeebodem en de biodiversiteit.

“Dat zijn terechte opmerkingen. Het is absoluut van belang om de windparken op zee goed in te passen, ook in ecologisch opzicht. Je moet windparken niet zomaar ergens neer zetten, maar bij het bepalen van locaties rekening houden met natuurwaarden. Om de ecologie niet onnodig aan te tasten, is het ook van belang om bepaalde rustgebieden aan te wijzen op zee. Maar het is wel goed om je te beseffen dat binnen een windmolenpark de flora en fauna zich juist vaak kan herstellen.”
> Bekijk meer informatie over en onderzoek naar het ecologisch inpassen van windmolenparken

Meer wind op zee dus. De andere noodzakelijke stap is in uw ogen een overstap naar waterstof.

“Dat klopt. Waterstof is een belangrijk alternatief voor aardgas. Voor het maken van waterstof is elektriciteit nodig. Als we extra windmolens op zee hebben, kan de waterstof met elektriciteit van die molens worden gemaakt. Het grote voordeel van waterstof is dat de infrastructuur voor het transport al bestaat. Want op zee liggen talloze leidingen die nu in gebruik zijn voor het transport van aardgas vanaf offshore gasvelden. Die leidingen kunnen zonder veel aanpassingen worden gebruikt voor veilig transport van waterstof. Hetzelfde geldt voor het aardgasnet op land. En als het gaat om huishoudens: bestaande cv-ketels en gasfornuizen werken ook op waterstof. Zij het dat er relatief kleine aanpassingen voor nodig zijn aan met name de brander.”

Waterstof is ook een energiebron voor de industrie, en voor verkeer en vervoer, zegt Van Wijk. “Je kunt waterstof weer omzetten in elektriciteit. Dat betekent dat je er elektrische auto’s op kunt laten rijden, mits je ze uitrust met een brandstofcel die de waterstof omzet. In Duitsland wordt momenteel een netwerk van 400 pompstations aangelegd, speciaal voor waterstof voor personenauto’s.”

Opslag onder de grond

Een groot nadeel van duurzame energiebronnen zoals windmolens en zonnepanelen is dat de energieopwekking ervan zo onvoorspelbaar is. Op onbewolkte dagen met veel wind is de productie maximaal. Maar op windstille en bewolkte dagen wordt er veel te weinig opgewekt om in onze energiebehoefte te voorzien.

“Grootschalige opslag van elektriciteit in bijvoorbeeld batterijen is geen haalbare optie”, zegt Van Wijk. “Daarvoor is de hoeveelheid die je moet opslaan gewoon veel te groot. Ook hier kan waterstof uitkomst bieden. Want waterstof kun je wél vrij eenvoudig opslaan, bijvoorbeeld in ondergrondse zoutkoepels die in het verleden zijn ontstaan door zoutwinning.” Volgens Van Wijk is opslag en gebruik van waterstof veilig. Van Wijk: “Op de een of andere manier heeft waterstof geen goed imago als het gaat om veiligheid. Maar dat is onterecht, want het is veiliger dan aardgas.”

Zijn we er als we meer windparken op zee hebben en overschakelen op waterstof?

“Dat zijn wel de twee grote stappen, maar uiteraard moet er nog meer gebeuren. Zoals een forse verbetering van woningisolatie waardoor de energiebehoefte afneemt. En daarnaast is het van belang om onder meer in te zetten op meer zonnepanelen op huizen en gebouwen. En op de aanleg van warmtenetten: transportsystemen van warmwaterbuizen waarmee gebouwen kunnen worden verwarmd. Dat water kan worden opgewarmd met restwarmte van de industrie. Nu blaast de industrie veel warmte zo de lucht in. Dat is doodzonde.”

Green Village van TU Delft

Ad van Wijk onderzoekt duurzame energiesystemen op de TU Delft. Op de campus is de Green Village gerealiseerd: een proeftuin voor innovaties.

Innovatie en wetenschap

De rol van de wetenschap en innovatie is uiteraard zeer belangrijk volgens hoogleraar Van Wijk, maar het gaat in de periode tot 2030 vooral om implementatie. “Het kabinet wil in 2030 de CO2-uitstoot met 49% verminderen ten opzichte van 1990. We hebben de kennis in huis om dat doel te realiseren. Het is dus zaak om vol in te zetten op het toepassen van bestaande technieken. Ondertussen staan de wetenschap en de innovatie natuurlijk niet stil. Er kan bijvoorbeeld nog heel wat winst worden geboekt met de verbetering van het opwekkingsrendement van zonnepanelen. Maar denk aan het verbeteren van de capaciteit van windturbines. Dat is allemaal van belang. Maar voorlopig – tot 2030 – moeten we vooral meters maken. Gewoon doen dus.”

Wat zijn de lastige vragen en dillema’s als het gaat om de energietransitie?

“Ik denk dat vooral de politiek een onvoorspelbare factor is. Ik vrees dat het huidige kabinet kiest voor lapmiddelen. Op zich is het natuurlijk positief dat ook in de politiek inmiddels breed draagvlak bestaat voor de energietransitie. En zoals gezegd is ook het kabinet tamelijk ambitieus met dat doel van 49% CO2-reductie in 2030. Toch vrees ik dat de uitwerking van die doelstelling een soort poldercompromis wordt.”

“We zijn sterk in offshore. Dat betekent dat het bedrijfsleven internationaal veel orders in de wacht kan slepen voor projecten op zee”

“Dat zie je al een beetje aan het regeerakkoord, dat zwaar inzet op de opslag van de CO2-uitstoot van de industrie. Daarbij komt het erop neer dat de industrie CO2 niet zomaar de lucht in blaast, maar afvangt en vervolgens ondergronds – bijvoorbeeld in lege gasvelden op zee– opslaat. Ik ben daar niet echt op tegen, want het kan best iets zijn dat ons tijdelijk uit de brand helpt. Maar het blijft een lapmiddel. Bovendien is de kans groot dat het de aandacht en inzet afleidt van maatregelen die de CO2-uitstoot daadwerkelijk terugdringen, zoals de bouw van windmolens. Het kabinet is bijna klaar met het nationale klimaatakkoord, dat in juli echt af zou moeten zijn. Maar ik moet nog zien of daar échte keuzes in worden gemaakt.”

Achter het net vissen

Van Wijk ziet de komende jaren een internationale markt voor duurzame energie ontstaan. “Zeker ook op het gebied van waterstof. Landen als Japan en Duitsland zetten daar fors op in. En omdat je waterstof goed kunt vervoeren per transportleiding of per schip, zijn er geen obstakels voor het ontstaan van een internationale waterstofmarkt.”

Het ontstaan van zo’n markt en het ontwikkelen van de capaciteit om duurzame energie op te wekken, bieden ook Nederland economische kansen. Van Wijk: “We zijn sterk in offshore. Dat betekent dat het bedrijfsleven internationaal veel orders in de wacht kan slepen voor projecten op zee.”

“En als het gaat om waterstof: dat Nederland over een uitgebreid aardgasnet beschikt, maakt de omschakeling naar waterstof een haalbare optie. Als we het snel oppakken kunnen we kennis en ervaring opbouwen, en dat kan het bedrijfsleven ook internationale projecten opleveren. Maar dat snelle oppakken van de overstap naar waterstof moeten we dan wel doen. Dat kan alleen als de politiek er ook werkelijk voor kiest. Doet ze dat niet, dan vissen we achter het net en worden we voorbijgelopen door anderen.”

Itske Lulof: “De aardbevingen in Groningen maken klip en klaar duidelijk dat we niet door kunnen op de weg van fossiele brandstoffen.”

ALLEEN DUURZAME WATERSTOF
DE ROL VAN WATERSTOF VOLGENS TRIODOS BANK

Itske Lulof is directeur Energie & Klimaat bij Triodos Investment Management. Ze ziet een grote rol weggelegd voor waterstof. “Vooral in de industrie en voor het zwaardere vervoer als vervanging voor dieseltreinen en de scheepvaart. Inderdaad kan het aardgasnet gebruikt worden voor het transport van waterstof. Maar alleen als de waterstof duurzaam wordt opgewekt met wind op zee. In de gebouwde omgeving zie ik minder potentie voor waterstof want daar gaan we de overstap naar elektrisch maken. Dus koken en verwarmen door middel van zonnepanelen en een warmtepomp. En dit dan combineren met veel meer elektrisch vervoer zoals auto’s en fietsen. Daarmee maken we een echte dappere stap weg van fossiele brandstoffen en naar potentieel volledig duurzame opwek.”
> Lees het interview met Itske Lulof over de energietransitie

Dit artikel verscheen op De Kleur van Geld.

Tekst: Tobias Reijngoud
Fotografie: Pieter van den Boogert