Waterstof als brandstof en grondstof

De Energy Observer komt in april eerder dit jaar aan in Amsterdam. Het waterstofschip maakt een tussenstop op zijn reis rond de wereld.  beeld ANP, Koen van Weel
4

Groen waterstof gaat een veelbelovende toekomst tegemoet. Ruwweg zijn er vier sectoren waar waterstof meer en meer een rol van betekenis gaat spelen. Welke toepassingen heeft het gas in deze sectoren? Welke pilots lopen er en wat zijn de ambities en plannen? Vandaag de eerste twee sectoren: mobiliteit en industrie.

In de mobiliteit

Zware voertuigen, grote schepen en jumbojetten rijden, varen en vliegen niet op elektriciteit. Een elektrische accu zou naar verhouding te groot moeten worden. Dus is er ander en zwaarder geschut nodig. In de mobiliteitsector gaat mogelijk waterstof een rol vervullen als brandstof. Vooral dus voor zwaar transport en vervoer over lange afstand.

Experts verschillen van mening als het gaat over de wenselijkheid om waterstof in te zetten voor personenverkeer. Toch werd al op 3 september 2014 het eerste openbare waterstoftankstation in Nederland langs de A15 in Rhoon bij Rotterdam in gebruik genomen. Inmiddels is dat aantal uitgegroeid tot vier. Ook in Arnhem, Delfzijl en Helmond kan de consument waterstof tanken. Nog enkele tientallen stations zijn in aanbouw of in de planfase.

Als het gaat om zwaarder transport zijn er diverse ontwikkelingen. In totaal rijden er in Rotterdam, Eindhoven, Groningen en Apeldoorn zeven stadsbussen op waterstof. En er zijn plannen voor veel meer. Zo moeten er alleen al in Groningen en Drenthe volgend jaar twintig waterstofbussen gaan rijden.

Amsterdam, Breda en Groningen laten vuilniswagens rijden op waterstof. In Helmond gaan nog dit jaar twee schone vuilniswagens de weg op.

De met waterstof aangedreven vuilniswagens zijn gebouwd door E-Trucks Europe. Flip Bamelis, die hoofdingenieur is bij het bedrijf, ziet de populariteit van de voertuigen stijgen. „In totaal rijden er nu een stuk of tien rond in Nederland. Vooral voor komend jaar groeide het aantal aanvragen flink. We hopen in 2020 twintig vuilniswagens op waterstof te maken. Ik schat in dat we daarmee nog maar aan het begin van het begin staan.”

Toyota bouwde een Kenworth T680 om op voor waterstof. De vrachtwagen heeft 670 pk en kan ruim 32 ton vervoeren. beeld Toyota

Behalve E-Trucks is ook de Nederlandse VDL Groep bezig met de productie van waterstofvrachtwagens. En in het buitenland staan de ontwikkelingen ook niet stil. Toyota fabriceerde op basis van de Amerikaanse Kenworth T680 een vrachtwagen met 670 pk die ruim 32 ton kan vervoeren. Hyundai, die markleider is op het gebied van waterstofvrachtwagens, startte dit jaar met de levering van duizend exemplaren aan Zwitserse bedrijven.

Treinen rijden in de toekomst voor een deel ook op waterstof. De Coradia iLint, ’s werelds eerste passagierstrein op waterstof, zal begin 2020 op proef tussen Groningen en Leeuwarden gaan rijden. André Buikhuizen, programmaleider openbaar vervoer van de provincie Groningen: „Onze ambitie is om het spoorverkeer in Groningen in 2035 zonder emissie van broeikasgassen te laten rijden. Echter, in een deel van Noord-Nederland hangt er geen bovenleiding boven het spoor. De aanleg van bovenleiding kost extreem veel. Dat betekent dat we andere manieren moeten vinden om onze ambitie waar te maken. Als de pilot met waterstof slaagt, zullen we bij de aanbesteding in 2035 de huidige dieseltreinen inwisselen voor waterstoftreinen.” In Noord-Duitsland rijden al diverse exemplaren van de Coradia iLint over het spoor.

Ook in de scheepvaart krijgt waterstof voet aan de grond. De futuristisch ogende Energy Observer meerde in april aan in Amsterdam bij zijn reis rond de wereld. Het is het eerste schip dat behalve op wind- en zonne-energie ook op waterstof vaart. Een Zeeuws consortium gaat het binnenvaartschip Vera Cruz ombouwen. Het schip moet in 2021 klaar zijn en dan niet meer op diesel, maar op waterstof gaan varen.

De scheepvaart zoekt naarstig naar alternatieven voor diesel en bunkerolie, vertelt Klaas Visser, onderzoeker maritieme energietransitie aan de TU Delft. „Waterstof is een goede kandidaat. Daarnaast zijn er nog synthetische brandstoffen, zoals methanol.”

De grootste uitdaging waar de scheepvaart voor staat: hoe neem je waterstof in het schip mee? Visser: „Dat kan vloeibaar en onder hoge druk, maar dat brengt de lage temperatuur van 20 Kelvin (-253 graden Celsius, MK) met zich mee. Mijn onderzoek richt zich op waterstof dat opgeslagen zit in metaalhydrides. Neem natriumboorhydride. Dat is een poeder en kan op kamertemperatuur aan boord mee. Voeg er zuiver water bij en de waterstof komt vrij. Zo benadert het de energiedichtheid van diesel.”

2019-10-01-katDI6-Waterstof3-5-FC_webWaterstof als oplossing voor bijna alles of toch (net) niet

Visser vertelt dat de TU Delft en partners verschillende Europese projecten hebben lopen rond waterstof in de scheepvaart. Een ervan is H2Ships, waarbij het nieuwe directievaartuig van Havenbedrijf Amsterdam, De Havenbeheer, op waterstof in de vorm van natriumboorhydride zal gaan varen. Het 20 meter lange directievaartuig wordt ingezet om potentiële klanten of hoogwaardigheidsbekleders de haven en de stad te laten zien.

Een ander project is ISHY. Hiervoor worden drie vaartuigen –een rondvaartboot, een vrachtschip en een vaartuig dat bemanning naar de offshore windparken brengt– gebouwd met een brandstofcel die draait op waterstof.

Voor een zo mogelijk grotere uitdaging staat de luchtvaart. Hoe verduurzaam je vliegen zonder dat vliegtuigen te zwaar worden of het bereik eronder lijdt? Waterstof is lichtgewicht en zou in vloeibare vorm als directe brandstof kunnen dienen. Een andere optie is synthetische kerosine te maken: met behulp van CO2 uit de lucht en groen waterstof. Met deze brandstof loopt de reductie van CO2-emissies op tot 100 procent.

De Duitse bondskanselier Angela Merkel stelde eind augustus dat haar land wereldleider moet worden op het gebied van duurzame luchtvaart.

Vliegen op waterstof is sowieso dichterbij dan het lijkt. In Flevoland vloog in september een drone met een waterstofaandrijving. Het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR) sprak van een primeur in Nederland. Ondertussen zijn studenten van de TU Delft op dit moment bezig met het ontwikkelen van het eerste bemande waterstofvliegtuig ter wereld: de Phoenix.

The Boeing Fuel Cell Demonstrator, een vliegtuigje op waterstof. beeld Wikimedia

In de industrie

De Nederlandse industrie is al grootverbruiker van waterstof. Het gas vormt een grondstof voor chemiebedrijven. Zo speelt waterstof een belangrijke rol bij de productie van kunstmest en het ontzwavelen van aardolie. Het leeuwendeel van dat gebruikte waterstof is grijs, en zorgt voor de uitstoot van CO2.

Daar gaat verandering in komen. De stip op de horizon is een CO2-vrije industrie in 2050, zoals in het klimaatakkoord staat. Groen waterstof vervult daarin een belangrijke rol. Die ambitie valt ook te lezen in een recente studie van zestien partijen uit de Rotterdamse haven. In juli verscheen het rapport H-vision. Het schetst de te volgen route met waterstof voor de industrie. Sjaak Poppe, woordvoerder energietransitie bij het Havenbedrijf Rotterdam, noemt de publicatie een belangrijke stap voorwaarts. „Met alle projecten waar we in Rotterdam aan werken, inclusief H-vision, kunnen we in 2030 voor 20 tot 25 procent bijdragen aan de Nederlandse CO2-reductiedoelstelling.”

H-vision gaat uit van twee sporen, legt Poppe uit. Het eerste spoor richt zich op het voor 2030 verlagen van de uitstoot van broeikasgassen door over te gaan op blauw waterstof. Het CO2 dat bij de productie ontstaat, wordt afgevangen en opgeslagen in lege gasvelden onder de Noordzee. Daarnaast moet blauw waterstof de weg bereiden voor de groene variant. „Bedrijven krijgen de mogelijkheid om waterstof te gebruiken. Zo versnelt de energietransitie en voltrekt de latere overstap naar groen waterstof zich naadloos.”

De waterstoftrein Coradia iLint gaat in 2020 proefrijden op het traject Groningen-Leeuwarden. In Duitsland rijdt de trein al op diverse plaatsen.  beeld Getty Images

Concrete plannen voor groen waterstof in het havengebied zijn er ook. Nouryon –het vroegere Akzo– zet vol in op de productie van groen waterstof. In Groningen zijn er plannen van het concern om een elektrolyser van 20 tot 60 MW te bouwen. In Amsterdam moet er een van 100 MW komen. Tot slot komt er rond 2025 een fabriek van 250 MW in Rotterdam. Die opstelling gaat groen waterstof leveren aan de raffinaderij van BP. Om een indruk te krijgen van de getallen: eind juni opende koning Willem-Alexander de grootste elektrolyser van Nederland in het Groningse Veendam, die had een vermogen van 1 MW (1 megawatt is 1 miljoen watt).

Behalve als grondstof zal waterstof in de industrie in de toekomst ook gebruikt worden als brandstof voor het realiseren van proceswarmte. Poppe: „In de chemie draait het om het knutselen met moleculen. Scheikundige reacties gebeuren meestal onder hoge druk of hoge temperatuur. Bij het produceren van die hitte wordt nu nog aardgas gebruikt. Met groene stroom kun je verwarmen tot 250 graden Celsius. Denk maar aan de waterkoker voor huishoudelijk gebruik. Om temperaturen boven de 250 graden te bereiken is waterstof een goed alternatief.”

Groen waterstof vormt al met al een belangrijk onderdeel van de ambitie van het Havenbedrijf Rotterdam om een CO2-neutrale haven te realiseren. Poppe: „Die ambitie omvat drie stappen. De eerste stap is efficiënter omgaan met energie en grondstoffen en het afvangen van CO2. Bij de tweede stap komt waterstof in beeld. Dat gaat over het toepassen van waterstof bij verhitting. Bij stap drie gaat het om een circulair en duurzaam grondstoffensysteem. Hierbij is waterstof een grondstof. Dat gaat verder dan waar waterstof tot nu toe voor werd gebruikt. Met waterstof moeten in de toekomst ook synthetische brandstoffen en kunststoffen worden gemaakt.”