Hydrogen,Renewable,Energy,Production,-,Hydrogen,Gas,For,Clean,Electricity

Willen wij wel waterstof? – dossier

door

Waterstof, een lang verhaal

De droom van de waterstofeconomie

In ‘A concise history of the concept of “Hydrogen Economy”’ hebben waterstof en de nieuwe waterstofhype voor Ugo Bardi en onmiskenbaar jaren-zestig gehalte. Het geloof dat met waterstof de levensstijl van de naoorlogse periode overeind zou kunnen blijven. Het beeld, zeg maar, van huizen in voorsteden, groene gazons eromheen, twee auto’s in elke garage en vanzelfsprekend de droom van overvloedige en goedkope energie uit kerncentrales. De actuele update van die droom is een wereld aangedreven door overvloedige hoeveelheden schone waterstof. Met alvast één groot verschil. Met waterstof draait het niet om één enkele, maar wel om drie technologieën. Waterstof kunnen we immers gebruiken voor energieopslag, als energievector en als brandstof voor voertuigen. Dat klinkt veelbelovend.

Dit “waterstofdrieluik” en de bijbehorende droom gaan echter voorbij aan het fundamentele punt hoe waterstof wordt gemaakt. Dat kan, zoals we allemaal weten, met elektrolyse van water maar even goed op basis van aardgas, een proces dat “groen” zou worden gemaakt door CO2-afvang en -opslag. Er zijn nog andere mogelijkheden, maar alle hebben ze gemeen dat er een meerstapsproces met aanzienlijke efficiëntieverliezen aan te pas komt. Nooit is bewezen dat dit op grote schaal economisch haalbaar is.

Het heikele punt bij de transitie uit fossiele brandstoffen is trouwens niet de afweging tussen energie dragen of opslaan en evenmin het aandrijven van individuele auto’s. Wel de enorme investeringen die nodig zijn om een koolstofvrije primaire productie-infrastructuur uit te bouwen, vooral van zonne- en windenergiecentrales. Die komen – in de VS toch – te traag op gang om een soepele transitie mogelijk te maken en al helemaal om compatibel te zijn met de nog inefficiënte infrastructuur voor waterstof. Toch staat de “waterstofeconomie” weer centraal in het debat. En dat na al twee eerdere hypes die – goed zichtbaar zelfs op Google Ngrams  – allebei even snel opkwamen als ze weer wegebden. Dat geeft te denken.

Waterstof van hype naar hype

Schets verbrandingsmotor Rivaz ca. 1800

Waarom toch die aandacht voor een technologie die de basiselementen ontbeert om door te breken? Daarvoor blikt Bardi kort terug naar de eerste vermeldingen van waterstof als brandstof. Die dateren van 1804, toen de eerste verbrandingsmotor in de geschiedenis – jawel – werd aangedreven door waterstof! De eerste expliciete vermelding van waterstof als energieopslagmedium gaat terug tot John Haldane in 1923. Hij wilde daarvoor de “oxidatiecellen” gebruiken, die William Grove in 1838 had ontwikkeld. Die projecten bleven echter marginaal omdat niemand interesse had in een brandstof die duurder was en moeilijker op te slaan en te gebruiken dan de gangbare fossiele brandstoffen.

Ford Nucleon

Dat werd anders met de ontwikkeling van kernenergie in de jaren 1950 en de belofte van een nieuw tijdperk van overvloed. In het begin speelde waterstof daar helemaal geen rol in. Disney’s TV-documentaire ‘Our Friend, the Atom’ uit 1957, bijvoorbeeld, spiegelt voor hoe kernenergie huizen, schepen, onderzeeërs en zelfs vliegtuigen van energie zou gaan voorzien, maar rept met geen woord over waterstof als energiedrager, zelfs niet als brandstof voor auto’s, nadat Disney toch de atoomauto finaal had afgedaan als “geen mogelijkheid voor de nabije toekomst.” De ingenieurs van Ford maakten destijds nog wel een concept voor de ‘Ford Nucleon’, maar daar bleef het bij.

De idee van waterstof als onderdeel van de nieuwe nucleaire infrastructuur ontstond pas in de jaren zestig, toen er onvoldoende uraniumvoorraden bleken te zijn voor een veralgemening van kernenergie. Voor dat probleem bedacht de industrie de ‘snelle reactortechnologie’ als oplossing, maar snelle reactoren bleken duurder en complexer dan verwacht. Bovendien zouden ze een niet te onderschatten strategisch probleem creëren, dat van de proliferatie. Het Westen wilde immers zijn monopolie op massavernietigingswapens, dat het deelde met de Sovjet-Unie, niet kwijt. Daarom werden alleen heel grote snelle kweekinstallaties overwogen, die aan strenge militaire controle konden worden onderworpen. Die centrales moesten bovendien heel groot zijn om schaalvoordelen bij de exploitatie te creëren. Maar dat leidde tot een ander probleem: hoe vervoer je de energie van een beperkt aantal installaties naar de consument? Elektrische leidingen hebben een afstandslimiet van zo’n duizend km, en konden nauwelijks de zee oversteken. Het soort centrales dat destijds werd overwogen, zou op veel grotere afstanden van elkaar komen te liggen.

Op dat moment deed de idee van waterstof als energiedrager haar intrede. De Italiaanse natuurkundige Cesare Marchetti stelde in 1969 voor om met welgeteld tien gigantisch grote snelle reactoren van elk een paar TW de hele wereld van energie te voorzien. Die reactoren zouden worden gebouwd op afgelegen eilanden in de oceaan, waar er koelwater in overvloed beschikbaar was. Vervolgens zou de energie bij lage temperatuur worden omgezet in vloeibare waterstof en per schip overal ter wereld worden aangeleverd. Marchetti dacht heel concreet aan een grote installatie op Canton Island, een koraalatol in de Stille Zuidzee.

In 1970 lanceerde ene John Bockris de term “waterstofeconomie”. Aanleiding was het Gemini-programma voor bemande ruimtevaartuigen van de NASA dat brandstofcellen op waterstof gebruikte. Dat deed dromen van de “waterstofauto” ter vervanging van de weinig realistische auto op kernenergie. Toen de nucleaire industrie met de oliecrisis van 1973 nog een gouden kans kreeg om door te breken, gebeurde dat niet. Integendeel. Kort nadien stortte ze in. Ook het concept van de “snelle kweekinstallaties” verdween van de radar en wel om twee doorslaggevende redenen. Naast de vrees van de VS voor nucleaire proliferatie was er ook felle tegenwerking door de fossiele-brandstofindustrie, die de controle over de wereldwijde energieproductie niet wilde overlaten aan de plutoniumsector. Bijgevolg bleven de bestaande nucleaire centrales wel in bedrijf maar kwam er geen mega uitbreiding van de nucleaire infrastructuur.

Vehikel voor hernieuwbare energie?

En waterstof dan? De voorstanders herpositioneerden het concept van de “waterstofeconomie” als dé manier om naar hernieuwbare energie over te schakelen. Hun zorg was immers dat hernieuwbare energie – zonne- of windenergie of wat dan ook – van nature een gedistribueerde technologie is met veel lokale en kleinschalige productie. Dat is precies wat energiereuzen niet wensen. Maar hernieuwbare energie is ook een intermitterende energie. Ze is niet constant beschikbaar en vereist dus een vorm van opslag. Eureka! Waterstof zou die taak – in theorie – kunnen vervullen. De idee van een waterstofauto op brandstofcellen herleefde even, maar de technische problemen met brandstofcellen bleken onoplosbaar. In de ruimte werkten die goed, maar op aarde raakten ze gecontamineerd door atmosferisch CO2. Platina kwam nog even in beeld als katalysator, maar ook dat bleek onhaalbaar. Intussen waren de olieprijzen gedaald, dus wie taalde nog naar waterstof? Zo ebde de eerste waterstofhype halverwege de jaren tachtig weg. Ene Geoffrey Ballard ontwikkelde nog wel een brandstofcel met een geleidend polymeer als elektrolyt. Een aanzienlijke verbetering, maar een doorbraak werd het niet.

In 1998 echter kwamen Colin Campbell en Jean Laherrere met het verontrustend nieuws dat de olievoorraden in de wereld snel uitgeput raakten. De productie zou spoedig afnemen. “Peak Oil” noemde Campbell dat concept. Toeval of niet, in 2001 zagen we de aanslagen op het World Trade Center. Twee jaar later viel de VS Irak binnen, niet de eerste en niet de laatste oorlog-om-olie. En opnieuw groeide de belangstelling voor waterstofenergie, in 2002 mede gepusht door “The Hydrogen Economy” van Jeremy Rifkin. De hype bereikte een nieuw hoogtepunt in 2006 en verslapte toen weer. De problemen waren er immers nog steeds: de hoge kost, de inefficiëntie en het tekort aan platina voor de brandstofcellen. Tenslotte maakte de nieuwe generatie batterijen op lithium een einde aan de idee om voertuigen met waterstof aan te drijven. Bekijken we de Ngram-curves voor waterstof- en voor lithiumbatterijen, dan zien we een totaal verschillend verloop: technologieën die werken (lithium) krijgen veel vermeldingen in de wetenschappelijke literatuur en genereren een brede piek. Technologieën die dat niet doen (waterstof), vertonen smalle pieken van belangstelling en verdwijnen. “Je kunt bij wijze van spreken de mensen niet blijven vertellen dat je ze een technologisch wonder zult brengen zonder het ooit te leveren.”

Vehikel voor de fossielebrandstoffensector?

Of waterstof als energiedrager en opslagmedium nu dood en begraven is? Toch niet. Er zijn weer onderzoekssubsidies en nieuwe plannen, al blijft waterstof een dure en inefficiënte methode om energie op te slaan. Waarom dan opnieuw interesse? Simpel. Waterstof zou dé ondersteunende technologie voor Big O&G kunnen worden. Nu de nucleaire industrie in de lappenmand ligt en de fossiele brandstoffen een klimaatvriendelijker imago moeten hebben, is het duidelijk dat de producenten van fossiele brandstoffen, vooral zij die uit fossiele bronnen als methaan, schaliegas en aardgas waterstof kunnen produceren, het meeste baat hebben bij een revival van waterstof, hoe kortstondig die ook zou zijn.

Daarnaast verklaart weerstand tegen verandering het succes van de waterstofhype. Waterstof belooft verandering zonder verandering. We gaan van een vuile naar een (relatief) schone brandstof, en de rest blijft hetzelfde. We tanken nog steeds aan de pomp, er is volop elektrische stroom, we blijven ieder jaar ver weg op vakantie gaan – pakweg in Hawaï als je Amerikaan bent. Mensen veranderen als ze ertoe gedwongen worden… of aanmoediging en hulp krijgen.

Precies dat laatste moet gebeuren voor hernieuwbare energie. Alsnog meegaan in de grootschalige waterstofdroom kan de transitie naar gedecentraliseerde energie stevig hypothekeren. Gedecentraliseerde energie is nochtans nodig om de toegang tot energie niet meer exclusief in handen te geven van een handvol energiereuzen.

Jammer dus voor de fossiele energiesector dat de vele proefprojecten voor CO2-afvang vooralsnog geen doorbraak brachten. Ook de idee dat de bestaande gasleidingen kunnen dienen voor waterstof, klopt niet. Een beperkt percentage waterstof bijmengen is mogelijk, maar meer van die hele kleine moleculen H2 kan het leidingnetwerk naar verluidt niet aan. De vraag is dus of een gecentraliseerde waterstofeconomie echt wel geschikt is voor de transitie naar klimaatneutraliteit. Ugo Bardi is daar vooralsnog niet van overtuigd.

Waterstof weer hip

De mythe

De droom van overvloedige en goedkope energie met waterstof mag dan al een ferme knauw hebben gekregen, ‘schone’ waterstof is de afgelopen jaren wel gepromoot als een perfecte en veelzijdige klimaatoplossing. Ideaal om vervoer, verwarming en zware industrie koolstofvrij te krijgen en bovendien ook geschikt voor energieopslag. Zonne-energie opgewekt in de zomer gebruiken we dan in het midden van de winter! Fantastisch toch! Helaas bestaat ‘schone’ waterstof nog niet op enige schaal van betekenis, noch als ‘groene H2’ uit hernieuwbare energiebronnen, noch als ‘blauw, gedecarboniseerd H2’ . Dat komt omdat de productie ervan vele malen duurder is dan die van ‘grijze’ koolwaterstof of van elektriciteit.

Toch stellen veel landen – met de EU op kop – hun hoop op een toekomst met schone waterstof. Miljarden dollars en euro’s vloeien momenteel naar de sector. Een breed scala aan bedrijven – gaande van oliereuzen, grote nutsbedrijven, raffinaderijen, industriële gasleveranciers tot zelfs vliegtuigfabrikanten – springen op de kar.

Sommige waarnemers vragen zich echter af of schone H2 niet te duur en te inefficiënt is om echt een rol te spelen in het koolstofvrij maken van ons vervoer, onze verwarming of onze zware industrie. Ze vinden andere groene oplossingen steevast een betere optie. “Warmtepompen zijn bijvoorbeeld zes keer energie-efficiënter dan waterstofboilers en veel 100% elektrische industriële warmteoplossingen worden nu al commercieel gebruikt,” stelt Leigh Collins van Rechargenews. Er zijn zelfs analisten die suggereren dat de wereldwijde hype van de schone – vooral ‘blauwe’ – waterstoftechnologie gebaseerd is op georkestreerd bedrog – een list van Big Oil om de komende decennia fossiele brandstoffen uit de grond te kunnen blijven pompen.

De kost 

Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) is grijze waterstof momenteel verkrijgbaar aan $1-3/kg. Blauwe waterstof kost $0,50/kg meer door de CO2-afvang met CCS. Groene H2 uit onshore wind- en zonne-energie kost $2,50-6/kg. Toch verwacht Bloombergs NEF dat de kosten van groene waterstof tegen 2030 goedkoper zullen zijn dan die van blauwe. Kan dat wel? Of is waterstof – “hopium” zoals de critici het noemen – een modern geval van ‘de nieuwe kleren van de keizer’, waarover niemand de duidelijke naakte waarheid durft te spreken?

Volgens analist Liebreich weten we dat “groene waterstof bruikbaar is in de industrie, het vervoer, de energiesector en voor verwarming. Maar ook dat dat niet op magische wijze zal gebeuren in sectoren die momenteel geen waterstof gebruiken. Groene waterstof zal moeten winnen, geval per geval, maar dat zal niet makkelijk zijn. Het moet niet alleen de gevestigde technologie verslaan, het moet ook elke andere koolstofvrije optie voor die toepassing verslaan. Dit is waar de waterstofhype en de realiteit elkaar ontmoeten.” Paul Martin, ingenieur en analist, is het daarmee eens: “Waterstof wordt op dit moment helemaal niet gebruikt als energiedrager of als brandstof. Daar zijn goede economische redenen voor die rechtstreeks voortvloeien uit de basisthermodynamica.”

Liebreich licht toe: “Als chemische grondstof is waterstof onvervangbaar. Maar als energieopslagmedium heeft het een rondloopefficiëntie van amper 50% – veel slechter dan batterijen. Als bron van arbeid zijn brandstofcellen, turbines en motoren op waterstof slechts 60% efficiënt – veel slechter dan elektromotoren – en veel complexer. Als warmtebron kost waterstof vier keer zoveel als aardgas. Als manier om energie te vervoeren kosten waterstofpijpleidingen drie keer zoveel als elektriciteitsleidingen, en bij schepen en vrachtwagens is dat nog slechter.”

Hoe inefficiënt waterstof is als brandstof voor het wegvervoer ziet u in het bekende diagram van de Europese ngo T&E (Transport & Environment). Dat diagram toont ook hoeveel energie verloren gaat bij het gebruik van hernieuwbare elektriciteit om groene waterstof te produceren. De elektrolyse resulteert al in een onmiddellijk energieverlies van 22%, terwijl het vervoer, de opslag en de distributie nog eens 22% verlies geven. Vandaar ook dat 85% van de waterstof die vandaag in Europa wordt geproduceerd, ter plaatse wordt verbruikt. Dus als 100kWh duurzame energie in een elektrolyse-apparaat wordt gestopt, blijft er maar 60,8kWh bruikbare energie over aan de pomp. Bij het vervoer, de opslag en de distributie van elektriciteit is er daarentegen maar 5% energieverlies, wat betekent dat een initiële 100kWh energie 95kWh bruikbare energie oplevert. De lat voor waterstof ligt dus erg hoog.

De verschillen in efficiëntie tussen batterijen, waterstof en e-fuels in auto’s. Photo: Transport & Environment

Blauwe waterstofeconomie, de zeepbel van Big Oil?

“De inefficiëntie van waterstof als energiedrager maakt dat waterstof niet de beste optie is om vervoer, verwarming en zware industrie koolstofvrij te maken”, zo concludeert RechargeNews zonder pardon. Daarbij komt dat sommige oliebedrijven ervan uit lijken te gaan dat overheden de waterstofeconomie maar moeten subsidiëren, zelfs als dat betekent dat ‘grijze’ koolwaterstof in gebruik blijft totdat ‘blauwe’ waterstof op grote schaal beschikbaar is. Een voorbeeld: de subsidievraag van energiereus Equinor voor een project van blauwe waterstof met CO2-afvang in het VK. Het bedrijf hield tegenover Recharge zelfs vol dat alleen methaan met koolstofafvang en -opslag de hoeveelheden schone waterstof kon leveren die nodig zijn om Europa koolstofvrij te maken. Anders gezegd: Big Oil propageert zonder gène blauwe waterstof om intussen nog jaren fossiele brandstoffen uit de grond te kunnen pompen.

Dat doet Big Oil trouwens ook voor verwante sectoren die olie of gas als grondstof gebruiken. In dit bedje ziek is bijvoorbeeld Ineos met zijn project voor een ethaankraker op basis van methaan, die naast ethyleen voor plasticproductie ook ‘schone’ blauwe waterstof produceert, een projectwaarvoor het concern eerdaags een aanvraag voor een omgevingsvergunning zal indienen.

“O&G (Olie & Gas) kent echt wel de grote nadelen van waterstof voor toepassingen waar H2 momenteel niet wordt gebruikt,” oordelen Alex Grant van adviesbureau Jade Cove Partners en analist-ingenieur Paul Martin. “Op basis van de technische en commerciële realiteit zijn wij van mening dat de berichtgeving van Big Oil over waterstof als desinformatie moet worden beschouwd. Het waterstofverhaal dat door grote olie- en gasconcerns wordt opgehangen, is gewoon een nieuw hoofdstuk in hun decennialange ‘FUD’-campagne – van Fear, Uncertainty, Doubt – om de winstgevendheid van het ontginnen en verwerken van koolwaterstoffen, met methaan op kop, in stand te houden.”

Ook Recharge is bikkelhard: Wanneer groene waterstof rechtstreeks concurreert met elektriciteit, is ze stukken inefficiënter en kost ze stukken meer. Er bestaan zuiver elektrische alternatieven voor groene waterstof, die al worden ingezet om verwarming, vervoer en zware industrie koolstofvrij te maken. Dus waarom niet al dat overheidsgeld voor subsidies en een hoop gedoe besparen door de elektriciteit zelf te gebruiken, in plaats van ze om te zetten in waterstof?

Bovendien biedt de blauwe waterstof die Big Oil op termijn beoogt, zelfs helemaal geen perspectief omdat 1) Blauwe waterstof CCS vereist, dat zich op grotere schaal nog steeds moet bewijzen 2) CCS slechts 80-90% kan afvangen van de CO2-emissies bij de omzetting van methaan. Blauw H2 zal de wereld dus niet naar een netto-nul uitstoot helpen. 3) Voor blauw H2  is het sterke broeikasgas methaan nodig, dat enorm lekt bij productie en distributie. Volgens de Canadese denktank Pembina Institute levert die lekkage alleen al per ton geproduceerde blauwe waterstof 2,3 – 4,1 ton CO2-equivalent op. 4) Door nu te investeren in blauwe waterstof blijft methaan nog decennia lang in gebruik.

De speech van EU vice-voorzitter Timmermans

EU vice-voorzitter Timmermans

Ook EU vice-voorzitter Timmermans was het niet ontgaan dat Big O&G zich in vele bochten wrong om voor eigen winkel en winstmodel te blijven gaan. Maar als de fossiele sector op verlenging speelt, dan haalt de EU in 2050 onmogelijk de doelstelling van koolstofneutraliteit waartoe ze zich heeft geëngageerd. Het was de verantwoordelijkheid van EU vice-voorzitter Timmermans om dat duidelijk te krijgen. Dat deed hij met een dramatische speech in het hol van de leeuw, d.w.z. op de jaarlijkse meeting van Eurogas in maart 2021. Timmermans was bijzonder duidelijk: “Gas has no viable future’ in Green Deal Europe.” Europa zal dus ook niet investeren in nieuwe gasleidingen uit Rusland of in halfslachtige oplossingen die het gebruik van fossiel gas verlengen. Alle investeringen moeten gaan naar meer capaciteit voor hernieuwbare ‘groene’ energie om de nuluitstoot te halen tegen 2050. Als we daar niet in slagen “zullen onze kinderen oorlogen voeren over water en over voedsel!”

Toemaatje – Heb je twijfels, lees dan ook

Wind-en-waterstof als game changer?

Inzetten op schaalvoordeel en snelheid

Ligt het aan de duidelijke afbakening van het speelveld door de EU? Alleszins boomt de belangstelling voor zeer grootschalige toepassing van hernieuwbare energie. De combinatie van offshore wind en groene waterstof is het nieuwe walhalla, waaraan ook België deelneemt. Het zou wel eens een game-changer kunnen worden. Uitgangspunt is dat we offshore op piekmomenten meer windenergie produceren dan we nodig hebben, maar dat we die elektriciteit niet kunnen opslaan en dus ook niet verkopen. Daarom worden de windmolens bij zware wind stilgelegd. Stoppen we die elektriciteit echter in een electrolyser, dan genereren we 100% groene waterstof, die we wel kunnen opslaan. Technisch is dat weliswaar geen simpele klus. En er hangt ook een prijskaartje aan vast.

Volgens de offshore industrie zijn offshorewindparken en elektrolyse-installaties alvast “bij uitstek geschikte technologieën” om een sleutelrol te spelen in de energietransitie. Ze moeten dan wel allebei snel opschalen naar giga-capaciteit, technisch betrouwbaar blijken en een concurrentiële prijszetting krijgen. Mocht dat lukken, dan kan offshore waterstof worden ingezet om sectoren als vervoer en zware industrie koolstofneutraal te maken.

Ingrid Fossgard-Moser van Equinor wil alvast met het 10 GW project NortH2 offshore wind-waterstofplan “een kick-start geven aan de ontwikkeling van groene H2 in Noordwest-Europa”. Haar project richt zich op de zware industriële clusters in de buurt, d.w.z. de chemische industrie in de havens van Antwerpen en Rotterdam. Het project zou tegen 2030 operationeel moeten zijn.

Carruthers, CEO van ScottishPower, verwacht een stijgende vraag naar groene waterstof zodra de productie op schaal begint. Anderzijds merkt hij daar fijntjes bij op dat nauwelijks 1% van de huidige wereldwijde H2-productie via elektrolyse gebeurt. Voeten op de grond houden, dus!

Voor Poul Skjærbæk van Siemens Gamesa moet offshore-windwaterstof snel zijn geloofwaardigheid bewijzen en vervolgens snel opschalen naar gigawatt-schaal. Zijn team wil in 2026 een demonstratie-unit op ware grootte operationeel hebben bij een bestaande 14MW-turbine. Het feit dat de H2-productie op het energie-eiland zelf gebeurt en dus direct aan de energiebron is gekoppeld, geeft volgens Skjærbæk “aanzienlijke voordelen, zowel qua efficiëntie als qua kosten”.

Mark Leybourne, energiespecialist bij de Wereldbank, wil opkomende economieën snel laten starten met offshore-windenergie. “De Wereldbank wil geen decennia wachten tot de technologie rijp en bewezen is. We overwegen nu al effectieve productie van groene waterstof met offshore wind. Er is veel belangstelling van regeringen.” Onder andere Sri Lanka rekent erop om meer offshore wind te produceren dan nodig voor het lokale stroomverbruik. Met het overschot hoopt Sri Lanka H2 en andere groene brandstoffen te maken voor de export.

De nieuwe hype trekt razendsnel aan

Toen Recharge in december 2020 voor het eerst een lijst publiceerde van gigawattprojecten in de wereld, waren 13 projecten samen goed voor 50 GW. In totaal ging het om 80 GW. Zes maanden later zijn er al 25 projecten in de pijplijn, goed voor 210 GW. Ongetwijfeld zullen nog meer bedrijven de trein van een potentieel lucratieve nieuwe sector niet willen missen. Tot voor kort was de grootste elektrolyser in bedrijf goed voor slechts 20MW. In het voorjaar van 2021 is de allereerste 1GW-installatie ter wereld in gebruik genomen in Sheffield, VK. Het bedrijf heeft naar verluidt genoeg budget vrijgemaakt voor een tweede gigafabriek. De kost van die electrolysers belooft in de komende drie jaar al met bijna 40% te zakken dankzij toegenomen automatisering en schaalvoordelen. De Noorse elektrolyseproducent Nel heeft plannen voor een elektrolysefabriek van 2 GW en wil machines ontwikkelen die al in 2025 groene waterstof zouden kunnen produceren tegen een prijs van $1,50/kg, de prijs van grijze waterstof nu. Dat is een kostendaling met maar liefst 75%.

Believers verwachten daarom dat hernieuwbare waterstof tegen 2030 al goedkoper kan zijn dan grijze waterstof. Vanzelf zal dat niet gebeuren, maar een stevige koolstoftaks kan een zet geven in de juiste richting. Per slot van rekening wordt nu jaarlijks zowat 70 miljoen ton grijze koolwaterstof geproduceerd en daarbij wordt 830 miljoen ton CO2 uitgestoten, evenveel als de  gezamenlijke uitstoot van het VK en Indonesië. Dat is niet niks. Grijze waterstof is momenteel twee tot zes keer goedkoper dan groene, onder meer omdat er geen heffing is op de CO2-uitstoot. Voor analiste Petra Manuel van Rystad Energy wordt offshore waterstofproductie sowieso pas mogelijk met zo’n CO2-taks. Volgens haar berekeningen is het prijsverschil met grijze waterstof anders een onvermijdelijke ‘show-stopper’.

Een andere Europese groep zet in op groene waterstof te land en wil voor 2030 een totaal vermogen van maar liefst 95 GW aan zonne-energie – o.m. in Spanje en de woestijn van Kazachstan – en 67 GW aan elektrolyse realiseren om 3,6 miljoen ton groene waterstof per jaar te leveren aan de sectoren energie, industrie en mobiliteit, en dat via het huidige gastransport- en opslagnetwerk. Dat is het equivalent van 1,5 maand olieverbruik in Frankrijk en het dubbele aan zonne-energie van wat Duitsland vorig jaar haalde.

In hoeverre de verwachtingen voor dergelijke projecten realistisch zijn, blijft wel de vraag. Toch ziet het ernaar uit dat de groene waterstofstrategie van de EU, die vorige zomer is gelanceerd om de capaciteit van elektrolysers voor groene waterstof op ten minste 40 GW te brengen, werkt. Dan zou groene waterstof uit wind- of zonneënergie effectief een game changer kunnen worden!  

Europa op koers naar koolstofarm 2030

Fit for 55

Op 14 juli 2021 lanceerde de EU een reeks beleidsvoorstellen ‘Fit for 55’ waarmee ze de wettelijk bindende doelstelling van 55% CO2-emissiereductie tegen 2030 kan halen. Er komen nieuwe streefcijfers voor hernieuwbare energie, belastingregels die ervoor zorgen dat elektriciteit geen hogere heffingen krijgt dan olie en gas, en een nieuw aanpassingsmechanisme voor de koolstofgrens.

Concreet gaat het om nieuwe CO2-normen voor auto’s, aangescherpte energie-efficiëntienormen voor gebouwen, nieuwe doelstellingen voor hernieuwbare energiebronnen en nieuwe manieren om schone brandstoffen en infrastructuur voor schoon vervoer te ondersteunen. De handel in emissierechten wordt uitgebreid tot nieuwe sectoren, zoals het wegvervoer, gebouwen en de zeevaart. Bovendien moet een nieuw aanpassingsmechanisme voor koolstof aan de grens – de ‘koolstofgrens’ – ons helpen koolstoflekkage te voorkomen in plaats van onze emissies uit te besteden. D.w.z. dat goederen van buiten de EU, die een hogere koolstofuitstoot hebben dan hun EU tegenhangers, een heffing krijgen die ervoor zorgt dat de concurrentie niet wordt vervalst. Dat komt neer op een sterkere koolstofbeprijzing in de hele economie, die alle brandstoffen voortaan gelijk behandelt en daarmee het relatieve nadeel voor elektriciteit oplost.

Wat met de elektriciteitssector?

De nieuwe waterstofhype doet in de elektriciteitssector toch wel de wenkbrauwen fronsen. Sectororganisatie Eurelectric lanceerde al een Power Summit in mei ’21, “Winning the Electric Decade: ‘Electrification Strategy’ at the heart of ‘Fit for 55’ package”. Daarbij een memorandum met ‘de vijf beleidspijlers die nodig zijn om de EU-doelstelling van 55% uitstootreductie tegen 2030 te realiseren. De boodschap is: “Elektrificeer alles direct of indirect! Maar de EU heeft daarvoor vooralsnog geen overkoepelende, strategische, wetgevende aanpak ontwikkeld. Vandaar deze ‘5 beleidspijlers’ van Eurelectric op een presenteerblaadje.

  1. Elektrificeer alles, direct of indirect. Geef voorrang aan elektrische voertuigen en warmtepompen. Ga pas daarna voor groene waterstof uit hernieuwbare energie en voor het gebruik van afvalwarmte en elektrische warmteopslag voor stadsverwarmingssystemen.
  2. Ontwikkel een beleid dat de elektrificering omarmt. Leg als EU “ambitieuze maar realistische doelstellingen vast voor de CO2-uitstoot van auto’s en vrachtwagens en voor infrastructuur ter ondersteuning van e-mobiliteit”. Steun de uitrol van warmtepompen en onderzoek de directe en indirecte elektrificatie van de industrie, o.a. van een Europese elektrolyse-industrie.
  3. Geef de sector gelijke concurrentievoorwaarden. De EU moet in heel Europa de belastingen en heffingen op elektriciteit verlagen tot het niveau voor olie en gas. Ook moet de EU “koolstofprijssystemen onderzoeken” voor sectoren die momenteel buiten de EU-regeling voor de handel in emissierechten vallen, waaronder het niet-luchtvaartvervoer.
  4. Optimaliseer de elektriciteitsvoorziening. Pak de obstakels aan die de verdere groei van hernieuwbare energie belemmeren zoals een gebrek aan flexibiliteit op het net en trage projectvergunningen. Met een variabele productie van wind- en zonne-energie en steeds meer elektrische voertuigen, fotovoltaïsche daken en batterijen, is flexibiliteit meer dan nodig. Eurelectric pleit voor een EU regelgevend kader dat consumenten en distributiebedrijven in staat stelt om via vraagrespons deel te nemen aan alle elektriciteitsmarkten. Dan kunnen eindgebruikers hun elektriciteitsverbruik afstemmen op de prijs. Zijn de stroomprijzen hoog omdat de vraag hoog is, dan kunnen consumenten geld verdienen door stroom uit de accu van hun auto op het net te zetten of geld besparen door apparaten uit te schakelen. Bij lage prijzen laden ze hun auto op of doen ze de was.
  5. Versterk de infrastructuur. Investeer in extra hoogspanningstransmissielijnen voor transport over lange afstanden, en versterk en digitaliseer op korte termijn ook de laag- en middenspanningsnetwerken om elektriciteit aan eindgebruikers te leveren. Een derde van de huidige distributienetten in de EU is meer dan 40 jaar oud! Om die investeringen mogelijk te maken moet de TEN-E-verordening van 2013 worden uitgebreid tot de distributienetwerken. Ook de snelle uitrol van een laadpalennetwerk is aan de orde.

In 2018 publiceerde Eurelectric overigens al een sterk rapport, onderzoeksrapport en visietekst voor de transitie naar koolstofvrije energie in de EU. Bekijk het filmpje van Eurelectric over climate change en de energietransitie ’This is our planet, our place’.

Wat met de zware industrie?

Ook de zware, energie-intensieve industrie moet tegen 2050 volledig klimaatneutraal zijn in de EU. Om uit te zoeken hoe dat kan gebeuren, bestelde het Europees Parlement de studie door S. de BRUYN e.a., Energy-intensive industries. Challenges and opportunities in energy transition​. Policy Department for Economic, Scientific and Quality of Life Policies, 93 p.  Ook de Technische Universiteit Delft publiceerde het rapport ‘Challenges and opportunities in energy transition’.

Wat met kleinschalige groene waterstof?

De gedecentraliseerde flexibele energieproductie waarvoor Eurelectric het opnam, boomt. Geen wonder. De idee dat je zelf controle kan hebben over je eigen energieproductie en -gebruik spreekt aan. Zonnepanelen op eigen dak, op scholen, op fabrieks- en landbouwhallen, het zit allemaal in de lift. Coöperaties van particuliere energieproducenten ook. Er wordt geëxperimenteerd met warmtenetten, energie uit afvalvergisting. Kortom, ook de kleinschalige groene energie zit in de lift. Ze moet een volwaardige plaats krijgen naast de grote energieconcerns, precies zoals Eurelectric voorstelt.

Waterstof uit waterdamp – toestel KULeuven

Sinds 2019 zijn we zelfs in staat om op kleine schaal waterstof aan te maken rechtstreeks uit zonlicht! Grote offshore elektrolysers zijn niet nodig. Een speciaal ontwikkeld zonnepaneel uit ‘gewone’ materialen volstaat. Dat splitst waterdamp in waterstof- en zuurstofmoleculen. Het maakt dus waterstof uit waterdamp. Het procedé is in principe overal inzetbaar waar er wat vocht in de lucht zit, zelfs in een woestijn. Dat maakt het extra interessant. Op dit ogenblik is het rendement van één paneel (1,6 m2) opgedreven tot 250 liter per dag, een wereldrecord volgens de onderzoekers van de KULeuven, die de ontwikkeling op hun naam schreven. Twintig van hun zonnepanelen en een opslagtank van 4 m3 zouden een gezin een winter lang van stroom en warmte kunnen voorzien in een goed geïsoleerde woning. Momenteel wordt bekeken of en hoe een installatie per straat of wijk technisch haalbaar is. Veldproeven hiermee zijn aan de gang. Eenzelfde aantal panelen zou trouwens ook voldoende zijn om een heel jaar met een auto op waterstofgas rond te rijden (ongeveer 10.000 km/jaar).

Hoeveel de waterstofpanelen precies gaan kosten, is nog niet bekend, maar “we werken met goedkope grondstoffen en we hebben geen edelmetalen of andere dure componenten nodig. We wilden juist iets duurzaams ontwerpen dat betaalbaar is en overal kan worden ingezet.”

Voor professor Martens en zijn team telt echter vooral dat deze uitvinding de toekomst van groene energie een heel ander uitzicht geeft. “De klemtoon zal veel minder liggen op grote productie-eenheden, maar op de combinatie van kleinere, lokale bronnen. Er zal ook minder energieverslindend transport van energie nodig zijn. De onderzoekers zijn alvast optimistisch: “the sky is the limit.”

Het Leuvense verhaal trok blijkbaar de aandacht van de Europese Commissie. Die bestelde prompt een studie, precies over de mogelijkheden om energie op te wekken uit een combinatie van zonlicht en CO2 in de omgevingslucht, voluit “Integrated solar-thermochemical synthesis of liquid hydrocarbon fuels” genaamd. Het SUN-TO-LIQUID rapport bestudeert de economische mogelijkheden en de klimaatvoetafdruk van diverse technieken om energie te halen uit het alom tegenwoordige CO2.

Toemaatje – Meer weten over kleinschalige groene waterstof, bekijk en lees

Reactie toevoegen

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met * .