‘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.

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.

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