Groene stroom komt als waterstof | Technisch Weekblad
Benno Boeters | dinsdag 13 maart 2018
Stelling 1: Duurzaam is niet duur meer.
'Energie opwekken uit zon of wind kan al voor minder dan twee dollarcent per kilowattuur, als je dat maar doet op de plekken waar het meest de zon schijnt of het 't hardst waait. Hier in Nederland hebben we gezien hoe in heel korte tijd de elektriciteitsprijs voor offshore wind naar beneden kon van ruim zeven cent voor Borssele I en II naar 5,5 cent voor Borssele III en IV. In Duitsland is in juni 2017 het eerste offshore windpark aangeboden zonder subsidie, wat betekent dat het voor een prijs van zo'n 3 eurocent per kWh gebouwd kan gaan worden. En in zuidelijke landen is de verwachting dat binnen vijf tot tien jaar tenders voor grote zonneparken uitkomen op 1 cent per kWh. Dat is dus zeer concurrerend ten opzichte van wat nu onze goedkoopste bron van elektriciteitsopwekking is, uit steenkool voor 3 tot 4 cent per kWh. Dus als duurzaam opwekken zo goedkoop is, zou ik zeggen: wijs de meest gunstige plekken aan en vooruit met de geit. De industrie wil die installaties graag bouwen.'
Stelling 2: Een molecuul laat zich makkelijker transporteren dan een elektron.
'Als je energie opwekt daar waar het hard waait dan wel de zon het meeste schijnt, heb je uiteraard een transportprobleem. TenneT (de hoogspanningsnetbeheerder in Nederland en een groot deel van Duitsland, red.) heeft van de minister de taak gekregen om de elektriciteit van de offshore windparken via de stopcontacten op zee aan land te brengen. Maar vervolgens moet het ook nog naar – bijvoorbeeld – München. Dat betekent dat je de capaciteit van de huidige hoogspanningskabels met heel veel factoren moet uitbreiden. Een kabel van een locatie op zo'n 200 km uit de kust met een capaciteit van 1 GW – daar gaan we naartoe – kost ongeveer € 1 miljard, en nog eens € 1 miljard van de kust naar het Duitse achterland toe. Daarom zeggen wij: maak dichtbij de opwekkingslocatie via elektrolyse waterstof. Want een pijplijn voor waterstof is tien tot twintig keer zo goedkoop als een hoogspanningskabel. Je vermijdt ook nog eens energieverlies tijdens het transport in een kabel.'
In 2023 moet er 4.500 MW aan windturbines op de verschillende locaties op het Nederlands deel in de Noordzee staan. Dat zijn dan de parken die net buiten de 12-mijlszone, de grens van de territoriale wateren, liggen. Na 2023 staan nog grotere parken en meer geïnstalleerd vermogen gepland (7.000 MW) op plekken verder uit de kust, maar nog wel binnen het continentaal plat. Ook de Britten maken plannen voor windmolens verder op zee en zo komt hun toekomstige East Anglia-park mogelijk naast IJmuiden Ver te staan. Om die locaties te koppelen en om het transport van al die parken – ook Belgische, Duitse, Deense en Noorse – te faciliteren en efficiënter te maken, creëerde TenneT in 2016 een Hub & Spoke-eiland bij de Doggersbank op de tekentafel. Daar ontstaat dan een knooppunt voor de kabelverbindingen en is er onder meer ruimte voor de grote converterhallen die de windstroom omzetten naar HVDC (high voltage direct current) om transportverlies te beperken. Maar de centrale rol van TenneT én de door Van Wijk geschetste voordelen van waterstof als energietransportmedium brengen hem tot de volgende suggestie:
Stelling 3: Een fusie tussen TenneT en Gasunie.
'Vervoer van waterstofmoleculen via een pijpleiding is dus veel goedkoper dan transport van elektronen door een kabel, en al helemaal als we daar de bestaande gas- en oliepijpleidingen op de bodem van de Noordzee voor benutten. Aanpassen van die leidingen kost slechts 5 tot 10 % van wat een nieuwe pijpleiding zou kosten. Naast die transportvoordelen is natuurlijk hét grote voordeel van met windenergie geproduceerde waterstof dat je er de fluctuaties mee overbrugt. Bij overproductie – als het hard waait – sla je de elektrische energie op in waterstof, zodat je die buffer weer kunt aanspreken als de vraag hoog is. Niet alleen de dagelijkse schommelingen in vraag en aanbod van stroom, maar ook de seizoenverschillen. De productie met zonnecellen is in de zomer het grootst, maar de vraag is in de winter het grootst.'
'Net zoals Gasunie nu aardgas distribueert en gasvoorraden beheert, kan het bedrijf waterstof naar de gebruikers brengen. Aardgas gaat nu met 80 bar door de leidingen, bij waterstof is de druk 110 bar. Vloeibare waterstof heeft weliswaar een zeer lage temperatuur, -253 °C, maar je kunt het ook tijdelijk binden aan stikstof zodat het ammoniak vormt en dat is bij -33 °C vloeibaar. Werken met waterstof is niet extra gevaarlijk, het is standaardtechniek. Het grootste verschil is dat er geen koolstofmoleculen meer in het gas zitten en dat is precies wat we willen.'
'We kunnen een reductie in aardgaswinning van 10 miljard m3 opvangen met een equivalent van 25.000 – 30.000 MW aan offshore wind (6,6 keer zoveel als nu wordt aangelegd tot 2023, red.) Dat lijkt heel veel, maar dat betekent dat je acht jaar lang per dag een turbine erbij zou moeten plaatsen. Dat is niet onmogelijk, zeker nu we met duurzame energie zonder subsidie in een heel ander tijdperk terecht komen.'
Van Wijks toekomstscenario met waterstof in de hoofdrol houdt ook in dat te voldoen is aan de warmtevraag in de koude wintermaanden en aan de behoefte van de energie-intensieve industrie (warmte/stoom en feedstock).
'Er kan net zo goed waterstof door het gasnet gedistribueerd worden. Daar moet je de installaties natuurlijk op aanpassen, maar dat hebben we al eens eerder gedaan toen we begin jaren '60 van stadsgas naar aardgas gingen. Het is geen grote kostbare operatie, geen majeure investering, gewoon dat brandertje beetje uitboren.'
Stelling 4: Er is veel meer regie en nieuwe regelgeving nodig.
'TenneT is nu wettelijk verplicht de windparken op zee aan te sluiten op het hoogspanningsnet op land. We zouden daarnaast een infrastructuur voor op zee geproduceerde waterstof wettelijk moeten regelen. Een probleem is nog wel dat, terwijl Gasunie natuurlijk gasvoorraden aanhoudt, de netbeheerders niet mogen opslaan. Zij mogen geen elektrolysers plaatsen, elektriciteit omzetten in waterstof en die opslaan. Maar het is geen productie, het is conversie. En opslag is van nationaal belang om de betrouwbaarheid van de energievoorziening te kunnen waarborgen. Dus de wet- en regelgeving moet aangepast, want die is nu een groot obstakel in de energietransitie.'
'Bovendien hebben we veel meer nationale regie nodig om te voorkomen dat we per gemeente of per wijk compleet verschillende oplossingen gaan bedenken. Als je bijvoorbeeld warmtenetten wilt uitbreiden en ze wilt koppelen aan warmte-/koudeopslag in de bodem, mogelijk met de inzet van warmtepompen, dan is het natuurlijk verstandig als een overheid daar coördinerend richting aan geeft. Al met al een leuk klusje voor minister Wiebes.'
Voor de Noordelijke Innovation Board onderzocht Van Wijk de mogelijkheden en kansen om van aardgas over te schakelen naar waterstof, gebruikmakend van de bestaande gas-infrastructuur en de expertise in het noorden. Samen met vijf medeauteurs rapporteerde hij daarover in het boek 'De groene waterstofeconomie in Noord-Nederland'. Naast waterstof uit elektrolyse met elektriciteit uit offshore windparken, is vergassing van biomassa een geschikte productiewijze.
Zij zien heel goede kansen voor waterstof als grondstof voor de industrie, als transportbrandstof, als transportmedium (ook aan te voeren per schip, net als lng), als energiebuffer en als warmtebron voor de gebouwde omgeving. De waterstof (of daaruit geproduceerde groene methanol of groene ammoniak) kan bijvoorbeeld dienen als brandstof in de Nuon Magnumcentrale in Eemshaven, als grondstof voor de (petro-)chemische industrie in Delfzijl, Rotterdam, Limburg en in Duitsland, of als brandstof voor – met brandstofcel en elektromotoren uitgeruste – bussen, vrachtwagens, treinen en schepen (veerboten). Ook stroom slurpende datacentra kunnen draaien op windenergie en met waterstof en hun elektriciteitsbehoefte balanceren.
En het uitgebreide netwerk van aardgas pijpleidingen kan volgens Van Wijk en zijn medeauteurs na ombouw een tweede leven beginnen als H2-infrastructuur.
'We gaan veel minder aardgas uit de Groningse bodem halen. Dat kunnen we compenseren met offshore wind. Er is ten noorden van de Wadden, naast het al draaiende Gemini-park van 600 MW, ruimte voor nog maar 1.000 MW aan windturbines gereserveerd. De Duitsers zitten in hun deel al op 10.000 MW en ze bouwen zich gek in de Duitse Bocht. Waarom doen wij dat niet? Het zijn niet de milieuoverwegingen of beperkingen vanwege de visserij. Het mag niet omdat Defensie daar moet oefenen met vliegtuigen!' Aldus Van Wijk.