Nederland moet van het aardgas af en overstappen op waterstof. Dat loopt nog niet hard, leert een rondgang door het land. Hoe komt dat? En wat gebeurt er al wel?
Bart Vuijk 19-8-2023
Zeg je waterstof, dan zeg je moeizaam. Miljarden euro’s aan subsidies liggen er voor klaar. De lijst bedrijven die als eerste bij deze lucratieve ruif willen zijn, groeit gestaag. De overheid wil dat Nederland overgaat op een waterstofeconomie en de markt loopt zich langzaam warm. Maar bureaucratie, beschikbaarheid en plannenmakerij komen elkaar nog niet echt tegen. Wat komt er van terecht?
Op drie gebieden kan waterstof iets gaan betekenen voor Nederland: industrie, mobiliteit, en verwarming van huizen. Groene waterstof, daar hebben we het over. Waterstof dat is opgewekt uit additionele hernieuwbare energiebronnen, zoals zonne- en windenergie.
Elektriciteit uit zonne- en windenergie kennen we. Overal groeit het aantal windmolens en zonnepanelen. Probleem met deze energiebronnen is dat ze net zo instabiel zijn als het weer. Schijnt de zon niet (zoals elke nacht, op bewolkte dagen of in de winter), dan is er geen of veel minder stroom. Waait het niet, dan staan de windmolens stil en is er ook geen stroom.
Omgekeerd is er ook een probleem: waait het juist te hard of schijnt de zon te uitbundig, dan kunnen de zonnepanelen en windparken hun stroom niet kwijt. Soms worden ze noodgedwongen uitgezet of van het elektriciteitsnet afgeschakeld, om uitval van het hele net te voorkomen. Dan wordt er stroom opgewekt voor niets.
Afgelopen zomer trad voor het eerst voor langere tijd (een aantal aaneengesloten uren op enkele zonnige dagen) een ander probleem op: door het grote aanbod van ’te veel’ groene energie dook de elektriciteitsprijs in het ’negatieve’. Op mooie dagen levert zonne- en windstroom geen geld meer op, maar kost het juist geld om je groene stroom te verkopen. Dan kunnen eigenaren van zonnepanelen en windmolens die dus beter uitzetten. Dat gegeven motiveert niet om meer te investeren in deze groene energiebronnen, terwijl dat nu juist zo nodig is om de klimaatopwarming tegen te gaan.
De oplossing voor al deze problemen ziet het kabinet in groene waterstof. Dat kan zorgen voor een stabiel energieaanbod. De elektriciteit die te veel wordt opgewekt, wordt gebruikt voor de productie van waterstof. Dit gas is veel makkelijker op te slaan dan elektriciteit, waarvoor enorme batterijen nodig zijn. Zo kun je op momenten dat er minder stroom is uit de groene bronnen, toch het overschot aan groen opgewekte energie benutten. En zo kan ook het energieaanbod worden gestabiliseerd, wat vooral voor de energie-intensieve industrie van groot belang is.
Veel elektriciteit
De opwek van waterstof kost echter veel elektriciteit. Voor het maken en opslaan van een kilo waterstof is grofweg tweemaal zoveel energie nodig als die kilo bevat. Daarom vinden sommigen het handig om voorlopig alleen de overschotten aan groene stroom te gebruiken. Die stroom wordt nu toch al niet gebruikt.
Waterstof heeft de scheikundige formule H2. Het zijn twee H-atomen aan elkaar. Het vluchtige gas is een energiedrager. Als je het aansteekt, verbrandt het. Die energie kan worden gebruikt voor aandrijven van auto’s, schepen en vliegtuigen, maar ook voor bijvoorbeeld waterstofhoogovens en cv-kachels.
Waterstof maken is makkelijk. Iedereen kan het. Neem een glas water, strooi er wat zout in en neem een 9-voltsbatterij met twee koperdraden. Steek die twee draden in het water en je ziet meteen belletjes ontstaan. Het water wordt dan gescheiden in waterstof en zuurstof. Het is een brandschoon proces waarbij geen broeikasgassen ontstaan.
De 9-voltsbatterij die in natuurkundelokalen wordt gebruikt om dit proces te laten zien, wordt in de waterstofindustrie vervangen door elektrolysers. Dit zijn elektrische apparaten die niets anders doen dan zo efficiënt mogelijk stroom door water geleiden en het opgewekte waterstof op te vangen en op te slaan. Er bestaan elektrolyser-stacks zo groot als een zeecontainer, maar TNO doet in het Faraday Lab in Petten onderzoek naar nieuwe verbeterde materialen, componenten en cellen in kleine elektrolysers met de omvang van een sinaasappel.
Ondanks de belofte van waterstof komt de door de regering gewenste waterstofeconomie moeizaam op gang. De productie kost meer energie dan het oplevert; dat is de eerste hobbel. Het kip-eiverhaal is de tweede. Zonder waterstoftankstations zijn er geen waterstofauto’s en omgekeerd.
Hoewel zeker de groene waterstof nog nauwelijks beschikbaar is, ontstaan overal al kleine initiatieven van mensen, collectieven en bedrijven die kleinschalig met waterstof aan de gang gaan. Op dit moment wordt hiervoor vooral nog ’grijze’ waterstof gebruikt, waarbij voor de productie fossiele brandstoffen worden gebruikt. Wat niet zo functioneel is, want bijvoorbeeld aardgas verbranden om waterstof op te wekken kost meer energie dan het oplevert. Daardoor is waterstof niet alleen heel duur, maar kun je het ook niet echt schoon noemen: het klimaat wordt nog steeds belast.
Deze kleinschalige initiatieven geven echter wel een blik op de toekomst. Op deze pagina’s gaan we in vier verhalen langs de energiebron van de toekomst. We kijken in waterstofverwarmde huizen, bezoeken een waterstoftankstation en kijken naar de plannen voor een hoogoven die op waterstof ijzer gaat produceren. Ook nemen we een kijkje in het Faraday Lab van TNO in Petten, waar de elektrolyser van de toekomst wordt uitgevonden.
Moeizaam rijden
Dick Jan Marees, directeur van het familiebedrijf Avia Marees, exploiteert sinds vorig jaar in Kolhorn een waterstoftankstation. Het ziet er anders uit dan een gewone benzinepomp. Een aantal rekken met hoge, smalle gascilinders met waterstof voedt één eenzame pomp. Dat was de situatie in juni 2022, toen wij voor het eerst gingen kijken naar deze nieuwe ontwikkeling.
Dik een jaar later is Dick Jan Marees nog steeds de enige klant van zijn eigen waterstofpomp. Andere waterstofauto’s zijn er nog niet. Toch vindt hij het belangrijk dat deze pomp er is en is hij enthousiast over waterstof als de mobiliteitsbrandstof van de toekomst. Voor zowel vrachtwagens als personenauto’s, zoals zijn eigen Toyota Mirai. Maar: „De kachel gaat er nog niet van roken”, zegt hij dubbelzinnig.
Alleen de eigen Toyota Mirai wordt hier afgetankt. Wij zien nog geen harde groei van H2-voertuigen of -machines. Zelf ben ik er wel erg tevreden mee. De optie dat we zelf op de zaak het voertuig kunnen aftanken is prettig en er zijn momenteel al best een aantal ’HRS fast fill’ (waterstoftankstations) in Nederland. Dat kun je ook goed zien op de H2-app die hiervoor bestaat. Ook kun je hierop zien of de installatie actief is en hoe je kunt betalen. Onlangs ben ik naar Zwitserland gegaan voor de AVIA International meeting. Onderweg was er ruim voldoende aanbod aan stations en het tanken ging snel. Dat was prettig reizen.”
Marees heeft veel bureaucratie moeten overwinnen om zijn kleine waterstofvulpunt te mogen stichten. De regels zijn streng en lijken ingegeven door misschien wel ’koudwaterstofvrees’: de angst voor ongelukken met deze nieuwe brandstof. „Bureaucratie blijft bestaan en lijkt steeds groter te worden. Het hangt er natuurlijk vanaf waar je een vulpunt wilt stichten, of er veel bebouwing is. Daar mag het niet te dichtbij zijn.”
„Dit komt dan vervolgens weer doordat de commissies die hierover hebben nagedacht de ’gevarencirkels’ om dergelijke installaties heen enorm ruim hebben getekend. Die ruime cirkels rondom een toekomstige waterstofopslag geven natuurlijk problemen met de ontwikkeling van naastgelegen percelen. Zelfs op industrieterreinen is het een uitdaging om een dergelijke inrichting met deze hazard zones te ontwikkelen.”
Marees vindt Nederland te voorzichtig. „In Duitsland staan H2-installaties midden in woonwijken.” Het regelen van een vergunning voor een waterstoftankstation is enorm tijdrovend. Marees heeft anderhalf jaar nodig gehad voor de realisatie van zijn eerste vulpunt. „Dit is natuurlijk niet in het belang van alle vergroeningsplannen die er zijn. Alle nieuwe energiedragers zijn namelijk nodig om de klimaatdoelen te halen. Batterijen, H2 en groene brandstoffen.”
Avia Marees gaat in ieder geval door met waterstof. Er staan nieuwe waterstofvulpunten gepland in Wieringerwerf, Hoorn en Aalsmeer.
Woningen verwarmen
Er warmpjes bij zitten op waterstof; het kan. Gemeenten, woningcorporaties en netbeheerders bekijken al een tijdje of het mogelijk is om woningen met waterstof te verwarmen, in plaats van met aardgas.
Vaak luidt de conclusie: dat zal wel ergens na 2040 worden. Maar een collectief van huizeneigenaren in Lochem kreeg het met behulp van netbeheerder Liander nu al voor elkaar. Op de Nieuweweg voltrok zich op 14 november vorig jaar een stille revolutie. De eerste elf ’gewone’ woningen ter wereld werden collectief aangesloten op cv-ketels met waterstof. De bewoners zijn lyrisch.
De Nieuweweg in Lochem is een lommerrijke laan met kapitale villa’s. De woningen zijn eind 19e eeuw gebouwd. Ze zien er stuk voor stuk monumentaal uit en de eigenaren doen er alles aan om dit zo te houden. Maar het verwarmen van deze kasten van huizen is wel een dure grap. Zeker met de huidige aardgasprijzen.
Guus Westgeest, energiecoach van de lokale coöperatie Lochem Energie, zocht vijf jaar geleden naar duurzame collectieve overeenkomsten voor zijn leden. „We hebben een klimaatopdracht en die is voor mij onlosmakelijk verbonden aan duurzame ontwikkeling.” Een vereniging van honderd huiseigenaren van mooie villa’s meldde zich. Met behulp van netbeheerder Liander en de provincie Gelderland is de bal gaan rollen.
Naast de wijk werd een nieuw afleverstation gebouwd, waar vrachtwagens het waterstof brengen dat in de leidingen wordt gebracht. Vandaar stroomt het via de voormalige aardgasleiding naar de huizen. In of aan die huizen is verder niets veranderd, behalve een waterstof-cv-ketel en isolatiemaatregelen van de bewoners. Die moesten wel eerst terug naar een aardgasverbruik van maximaal 3500 kubieke meter.
Goede kandidaat
Ab van Beek en Evelien van Gelder hebben net als de tien andere deelnemers aan het waterstofproject een vrolijk gekleurd bordje voor hun huis. ’Hier brandt de kachel op waterstof.’ Van Beek: „Wij wonen al 42 jaar in dit huis, dat een gasverbruik had van 6000 kuub toen we hier kwamen wonen. Ik ben destijds meteen begonnen met het huis isoleren, zodat het verbruik terugging naar 4000 kuub. Inmiddels hebben we na alle isolerende maatregelen een verbruik van 1500 kuub en brandt ’s avonds in de huiskamer ook een hoog efficiënte houtkachel.”
Bij Ab van Beek en Evelien van Gelder brandt de kachel op waterstof.© Bart Vuijk
Het huis was dus al goed geïsoleerd. Daarmee was het een goede kandidaat voor deelname aan het waterstofproject. Van Beek en Van Gelder meldden zich aan, net als 45 andere bewoners van het villawijkje. De meesten vielen af omdat de huizen te veel gas verbruikten, of andere redenen van persoonlijke aard. Guus Westgeest van Lochem Energie: „Alle deelnemers moesten ook overstappen op elektrisch koken. Dat was voor sommigen een probleem, als ze bijvoorbeeld net een duur gasfornuis hadden neergezet dat de prullenbak in kon.”
Liander ontvangt hier veel bezoekers uit binnen- en buitenland die willen kijken hoe het werkt. Eigenlijk is het vrij simpel: het aardgas als brandstof is gewoon vervangen door waterstof en die wordt in een aangepaste cv-ketel omgezet in warmte.
Nergens last van
Storingen hebben zich nauwelijks voorgedaan in het Lochemse waterstofstraatje. „Dat is mij 500 procent meegevallen”, zegt Guus Westgeest. Dat beamen Van Beek en Van Gelder. „Het werkt allemaal precies hetzelfde als met aardgas”, zegt Van Beek. Van Gelder: „We hebben eigenlijk nooit ergens last van.”
Hoe gaat het nu verder met dit wijkje? Het waterstof is nog ’grijs’, niet groen. „Maar je moet ergens beginnen”, vindt Westgeest. De provincie Gelderland past het prijsverschil met aardgas bij. Liander heeft zich voor drie jaar aan het project gecommitteerd om te onderzoeken of het bestaande gasnet in de praktijk geschikt is voor waterstof. „Daarna hopen we het warm over te dragen aan een derde partij”, zegt netstrateeg Elbert Huijzer van Liander. Van Beek en Van Gelder hebben er alle vertrouwen in dat ze na die drie jaar niet terug hoeven op het aardgasnet. Dat kan overigens nog wel; zelfs de oude gasmeter staat nog keurig vastgeschroefd aan de muur, hoewel de gasleidingen zijn afgekoppeld.
En de rest van het land? „Wij verwachten niet dat waterstof voor 2030 een grote rol gaat spelen in woningen. De industrie is als eerste aan de beurt”, zegt Liander-woordvoerer Ceriel Thissen.
Lennart van der Burg geeft bij het Faraday Lab van TNO in Petten leiding aan een team van 45 mensen die nieuwe elektrolysers ontwikkelen. Hier staan in glazen kasten geruisloos een tiental experimentele elektrolysers waterstof te produceren.
„Dit laboratorium is in 2017 en 2018 gebouwd met financiering van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat. We doen hier onderzoek naar kleine elektrolysers met maar één cel. Een echte elektrolyser bestaat uit een stapeling van deze cellen.”
Bij de kleinste elektrolysers (type PEM), niet groter dan een Rubikskubus, is een flinterdun laagje van het peperdure edelmetaal iridium aangebracht op het membraan waarin het water wordt gescheiden in zuurstof- en waterstofatomen.
Edelmetaal
Dit iridium is een bijproduct van platina- en nikkelwinning in mijnen. Het wordt vrijwel alleen in Zuid-Afrika gedolven en vanwege zijn zeldzaamheid wordt het steeds prijziger. Het is dus zaak om dit zo efficiënt mogelijk te gebruiken, aldus Van der Burg.
Voordeel van het gebruik van het edelmetaal is dat het werkt als een katalysator. De elektrochemische reactie verloopt energiezuiniger. Vervangen van dit iridium is niet makkelijk, zonder dat er veel meer energie nodig is voor de waterstofproductie. Bij andere elektrolysers die een stukje verderop in kasten geluidloos waterstof produceren, moet het water tot 700 graden worden opgewarmd. Hier zit geen iridium in, maar een keramische cel. De efficiëntie en de kosten van beide elektrolyers worden tegen elkaar afgewogen en allebei verder ontwikkeld en verbeterd.
„Iridium kost 150.000 euro per kilo. In een elektrolyser van 1 megawatt gaat voor 60.000 euro aan iridium. Per gigawatt is dat 6 miljoen euro, alleen maar voor dit metaal; dan heb je nog geen elektrolyser. Het kabinet wil 4 tot 6 gigawatt aan groene waterstofcapaciteit per jaar hebben in 2030.”
Op grote schaal zijn deze elektrolysers nog bijna nergens te vinden. Her en der in binnen- en buitenland staan waterstofinstallaties die
1 tot 20 megawatt aan waterstof opwekken. Deze PEM-technologie staat aan de vooravond van grootschalige marktintroductie. Dat geldt overigens niet voor elektrolysers op basis van alkaline en nikkel. „Die technologie bestaat al 100 jaar en een bedrijf als Nobian heeft daar ervaring mee in de chloor-alkali-productie in onder meer Rotterdam voor chloor-elektrolyse. Maar die elektrolyser-stacks zijn zo groot als een vrachtwagen.” Die omvang kan een probleem worden als er grote waterstofcentrales worden gebouwd op zee. Daar wordt meer naar compacte en flexibelere systemen gekeken.”
In de toekomst zal bij een deel van de de windparken op zee meteen waterstof worden geproduceerd in plaats van elektriciteit. Via bestaande gasleidingen kan het waterstof naar land worden gevoerd. Op land zijn dus geen grote waterstoffabrieken nodig. Wellicht komt er een waterstoffabriekje per windpark, maar misschien worden er ook wel kleinere exemplaren in of aan de toren van de windturbines aangebracht. Dan is een klein formaat elektrolyser zeer functioneel. „Uiteindelijk zul je zien dat beide technologieën naast elkaar worden gebruikt. Shell is op de Maasvlakte bezig met een project op basis van alkaline, maar het Poshydon-project op zee (een project waarbij windmolens op zee geen elektriciteit, maar meteen waterstof produceren, red.) werkt met deze meer compacte PEM-type elektrolysers die iridium gebruiken. Daarmee is het mogelijk om veel meer waterstof te produceren per elektrolyser-cel.”
Maar waarom niet toch op de bewezen technologie met alkaline doorgaan? Van den Burg: „Dat werkt op zich goed, er zijn alleen twee problemen. Het is groot en zwaar en je kunt zo’n elektrolyser ook niet snel aan- en uitzetten.” En dat laatste kan wel eens een probleem vormen op zee, als de productie van elektriciteit voor de elektrolyse afhankelijk is van de wind.
Snellere leercurve
Het bijzondere laboratorium van TNO in Petten krijgt inmiddels bezoek van wetenschappers uit binnen- en buitenland. Amerikanen, Japanners en Engelsen willen graag zien wat de Nederlandse uitvinders hier bekokstoven.
Als gevolg van de miljarden die het demissionaire kabinet heeft klaargelegd voor de energietransitie, zal het laboratorium in Petten waarschijnlijk gaan verdubbelen.
Van der Burg juicht dat toe, maar de ontwikkelingen gaan nog niet heel snel, geeft hij aan. „We zitten nog maar aan het begin. Ik geef graag een winstwaarschuwing af aan iedereen die gelooft in waterstof: we zijn er nog niet. Het is van belang dat we nu leren van de eerste projecten en we roepen de industrie dan ook op informatie te delen, zodat we samen een snellere leercurve doorlopen van elektrolyse.
”
Tata zou in de toekomst zijn hoogovens met waterstof kunnen voeden.
Tata Steel maakte in september 2021 bekend de steenkoolgestookte hoogovens na honderd jaar af te schaffen, en vanaf 2030 gaandeweg over te stappen op nieuwe ovens die eerst nog een tijdje op aardgas, en gaandeweg op waterstof worden gestookt. Maar onlangs maakte de fabrikant pas op de plaats. Waterstof is nog nergens te vinden en de plannen worden afgeschaald, zo lijkt het. Misschien gaan ze zelfs helemaal niet meer door.
Bittere pil
Dat is een bittere pil voor de staalfabrikant, die niet alleen zijn eigen toekomst aan groen waterstof heeft verbonden, maar ook een rol zag voor zichzelf om de hele waterstofeconomie van Nederland op gang te helpen.
Tata zou enorme hoeveelheden waterstof nodig hebben. Niet alleen op de Noordzee gewonnen waterstof zouden de nieuwe DRI-hoogovens moeten voeden, maar ook zou er een waterstofpijpleiding door het hele land worden aangelegd waarbij Tata Steel een dikke aftakking krijgt. Import van groen waterstof met schepen is een derde bron die Tata-directeur Hans van den Berg in deze krant noemde als aanvoerlijn. Dit waterstof kan in de toekomst worden gewonnen in bijvoorbeeld de Sahara, waar aan zon en wind geen gebrek is.
Hoewel Tata Steel het adviesbureau Roland Berger een haalbaarheidsstudie heeft laten maken waarin werd geconcludeerd dat de waterstofroute voor het staalbedrijf haalbaar is, denken zowel de Indiase directie van het bedrijf als de Nederlandse leiding van Tata Steel IJmuiden daar inmiddels anders over. Of het wel doorgaat, is dus de vraag. En ook wat dit betekent voor het ’aanjagen’ van de waterstofeconomie.
0 reacties :
Een reactie posten