Waterstof als oplossing voor bijna alles of toch (net) niet

Thijs ten Brinck (r.) staat bij de waterstofauto van Ad van Wijk. In zijn waterstofladder stelt hij voor om waterstof eerst voor andere toepassingen te gebruiken en dan pas voor personenvervoer. beeld William Hoogteyling
3

De waterstofdiscussie spitst zich vooral toe op de toekomstige rol van waterstof. Is het verstandig om met waterstof woningen te verwarmen en auto’s te laten rijden? Ja, zegt prof. dr. Ad van Wijk. Onverstandig, vindt ingenieur Thijs ten Brinck. De twee kruisen verbaal de degens.

Storend, vindt Ten Brinck het. Waterstof wordt soms gepresenteerd als de oplossing voor bijna alles. De eigenaar van het platform WattisDuurzaam.nl staat bekend om een aantal kritische artikelen rond waterstof. Hij signaleert een waterstofhype en trekt graag een vergelijking: „Nu er vage vermoedens zijn dat er een hamer (waterstof, MK) is, lijkt opeens alles op een spijker.”

Van Wijk, hoogleraar future energy systems aan de TU Delft, kun je aanmerken als de voorman van waterstofminnend Nederland. Voorafgaand aan het gesprek toont hij met trots zijn gloednieuwe Toyota Mirai. De bordeauxrode wagen rijdt op waterstof. Zijn tweede werkgever, onderzoeksinstituut KWR in Nieuwegein, liet in augustus een waterstoftankstation installeren op het terrein. Van Wijk wijst naar zijn auto: „Het water dat uit de uitlaat komt, is zo schoon dat je het kunt drinken. Er zitten zelfs geen mineralen in, zo puur is het.”

Welk standpunt neemt u in over waterstof?

Van Wijk: „Ons huidige energiesysteem is sterk gefocust op elektriciteit als energiedrager. Het idee heeft postgevat dat we onze complete samenleving kunnen elektrificeren en dat we geen gas meer nodig zouden hebben. Termen zoals gasloos dragen daaraan bij.

iStock-959895446De toekomst die waterstof heet

Het doel verliezen we daarbij uit het oog: het gaat erom dat we zo snel mogelijk overgaan op een duurzaam energiesysteem. Daarvoor heb je CO2-vrije energiedragers nodig. Naast groene stroom is groen waterstof dan een goede oplossing. Het gaat om een verstandige mix.”

Ten Brinck: „Ik gebruik het beeld van de hamer en de spijker. Waarom? Ik hoor veel overheden, netbeheerders en anderen roepen dat waterstof de beste oplossing is. Terwijl er nog een jarenlange transitie voor ons ligt. In de bebouwde omgeving en de mobiliteit ligt het op dit moment meer voor de hand om te elektrificeren. Waterstof –en zeker groen waterstof– is voor consumenten nog zo ver weg, dus ik vind dat daar te veel aandacht voor is.

Begrijp me goed: ik ben niet tegen waterstof. Zeker niet, op de lange termijn hebben we het hard nodig. Maar het is niet per se de beste of enige oplossing. Dat wordt bijvoorbeeld beweerd als het gaat over het opslaan van overtollige duurzame energie voor Dunkelflaute (perioden van bewolkt, windstil weer, MK) of de beperkte capaciteit van het elektriciteitsnetwerk.”

Van Wijk: „Ho, daar wil ik al graag op reageren. Tot nu toe was juist elektriciteit de enige oplossing. Daar richtte het beleid zich op. Er is nooit gekeken naar alternatieven. Daarmee zeg ik niet dat je de elektriciteitsinfrastructuur niet moet verzwaren. Dat moet ook. Maar je lost er de problemen niet mee op. Het gasnet heeft toch ruim tien keer zo veel capaciteit voor het vervoeren van energie als het elektriciteitsnet.”

Hoe kijkt u naar blauw waterstof, waarbij de CO2 die bij de productie ontstaat in bijvoorbeeld een aardgasveld opgeslagen wordt?

Van Wijk: „Daar zullen we waarschijnlijk een periode aan vastzitten. Toch is blauw waterstof nooit het eindplaatje, ook al propageren oliebedrijven zoiets natuurlijk graag. Als tijdelijke oplossing zou het handig zijn om aardgas op grote schaal om te vormen naar waterstof. Precombustion (voorverbranding, MK) noemen we dat. Het is een manier om uitstoot van grote hoeveelheden CO2 te voorkomen. Dat is beter dan aardgas zomaar in de fik te steken waarbij de CO2 in de atmosfeer terechtkomt. Precombustion is een goede route om de overgang van aardgas naar waterstof te bespoedigen.”

Ten Brinck: „Op dit punt vinden we elkaar volledig. Misschien verrassend: ik ben niet tegen blauw waterstof. Voor de komende vijftien jaar denk ik dat het de route is. Vooral omdat deze vorm voorlopig groener is dan waterstof die met stroom van de huidige elektriciteitsmix is gemaakt, uit onder meer kolencentrales.”

Van Wijk, u staat bekend als een warm pleitbezorger van waterstof. Wat doet tegengas –van mensen als Ten Brinck– met u?

Van Wijk: „In sommige gevallen verbaast het me. Dan zeggen mensen –zoals Elon Musk (van Tesla, MK)– dat ze tegen waterstof zijn. Hoe kun je nu tegen een energiedrager zijn? Je bent toch ook niet tegen elektriciteit?

Thijs gaat het debat aan met argumenten. Dat is mooi. Dergelijke discussies voer ik dagelijks op de universiteit.

Anderen komen met verwijten die niet terecht zijn. Bijvoorbeeld dat ik voor Shell zou werken. Nou, ik heb nooit voor het bedrijf gewerkt of ook maar een opdracht voor Shell gedaan. Die manier van discussiëren vind ik kwalijk. Het tast mijn integriteit aan en plaatst mij in een verdachte hoek.”

Zonder waterstof wordt Nederland nooit klimaatneutraal.

Ten Brinck: „Eens.”

Van Wijk: „Daarvoor noem ik drie redenen. Waterstof is nodig om energielevering snel, betaalbaar en betrouwbaar te houden. Waarom snel? Omdat het via het aardgasnetwerk geleverd kan worden. Betaalbaar omdat de focus op elektriciteit enorme kosten met zich meebrengt om het net te verzwaren. Als derde betrouwbaar, omdat je niet afhankelijk wordt van groene stroom die met pieken en dalen kampt.

In andere landen ligt dit dus anders. Terug naar Elon Musk. Zijn uitspraken doet hij vanuit Californië, dat ter hoogte van de Sahara ligt. Dat betekent dat er in de winter ook voldoende zon is om stroom op te wekken. Op zulke plekken kun je met batterijen de nachten doorkomen en heb je geen seizoensopslag nodig.”

Ten Brinck: „Zeker in de industrie, de scheepvaart en voor vliegtuigen zal waterstof onmisbaar zijn om klimaatneutraal te worden.”

U pleit voor de introductie van een waterstofladder. Wat stelt dat voor?

Ten Brinck: „Klopt. Met mijn waterstofladder stel ik voor dat we goed omspringen met het groene waterstof dat we produceren. Het is een fictief instrument om te prioriteren waar we waterstof inzetten. Dus eerst daar waar we onvermijdelijk waterstof nodig hebben en pas later op andere plekken. Eerst komt dan de industrie met voorop de voedselvoorziening. Voor het maken van kunstmest is waterstof nodig. In de olie- en chemische industrie wordt er de komende dertig jaar nog veel waterstof gebruikt om producten te maken. Ook heeft de staal- en cementsector waterstof nodig om hoge procestemperaturen te bereiken. Vervolgens komt transport over lange afstanden, daarbij kun je denken aan scheepvaart, vliegverkeer en zwaar wegtransport.

Waar ik vooral met Van Wijk over van mening verschil is de rol van waterstof voor de verwarming van woningen en voor de personenauto. Daar hoor je het meest over, maar die staan wat mij betreft onder aan de ladder als het gaat om het gebruik van waterstof.”

Goed idee, zo’n waterstofladder, Van Wijk?

„Op zich ben ik het met de analyse eens: bij de industrie heb je geen alternatieven.

Toch vind ik een waterstofladder een merkwaardig fenomeen. Invoering van deze prioritering zou een beetje stalinistisch aandoen in een vrije markt.”

Ten Brinck, is waterstof als energiedrager niet juist een goede manier om de winter door te komen?

„Nou, er zijn alternatieven. Het is niet zo dat we in de winter alleen op zon zijn aangewezen. Het waait juist in de winter bovengemiddeld en we kunnen wellicht van Noorse waterkracht of Franse kernenergie gebruikmaken.”

Van Wijk: „Bij import heb je altijd te maken met de beperkingen van de infrastructuur. We hebben een verbinding van 700 MW met Noorwegen. Terwijl de totale capaciteit in het hoogspanningsnet zo’n 20 GW is. Het aardgasnet heeft een capaciteit van 350 GW. Gebruikmaken van aardgasleidingen levert dus veel transportcapaciteit op. Bovendien is waterstof op te slaan in zoutkoepels, waarbij in een zoutkoepel zo’n 6000 ton waterstof kan worden opgeslagen, zo’n 240 GWh. De installatie rond zo’n zoutkoepel kost 100 miljoen, maar 240 GWh opslaan in batterijen kost ruim 24 miljard euro.”

Ten Brinck: „Het totaal aan verbindingen met het buitenland is tegen 2022 al goed voor bijna 10 GW, dat is toch behoorlijk. Er is begin deze maand weer een verbinding van 700 MW geopend richting Denemarken. Daar is maar vier jaar over gedaan. Als je daar stevig op inzet, is een efficiënt elektriciteitssysteem dus uit te rollen, denk ik.”

Van Wijk: „Verbinding met het buitenland betekent niet direct de oplossing van het probleem. Want voor wind en zon geldt dat het weer in het buitenland maar kleine verschillen laat zien.”

Ten Brinck: „Het lost het niet op, maar maakt het probleem wel kleiner.”

Van Wijk: „Als we een deel van onze huizen gaan verwarmen met elektriciteit en de mobiliteit overstapt op stroom, betekent dit een enorme verzwaring van het elektriciteitsnet. Dat gaat miljarden kosten.”

Welke rol kan waterstof vervullen bij de verwarming van woningen?

Van Wijk: „Waterstof kan helpen bij de hoge energievraag in de winter. Nu vangt aardgas die vraag op, maar dat krijgen we met alleen elektriciteit niet voor elkaar.”

Ten Brinck: „Je kunt de energievraag min of meer halveren als iedereen stevig gaat isoleren. Het problematische aan waterstof vind ik dat het als een makkelijke oplossing wordt gepresenteerd waarbij isolatie niet meer nodig zou zijn.”

Van Wijk: „Daar ben ik uiteraard niet voor.”

Ten Brinck: „Geen expert zegt dat, maar zo wordt er bij de koffieautomaat en op verjaardagen wel over gesproken.

In de bebouwde omgeving geef ik de voorkeur aan bestaande technieken –zoals warmtepompen en warmtenetten– die in de komende jaren alleen maar zullen verbeteren.”

Van Wijk: „Ik vind dat de consument de keuze moet hebben om op waterstof over te stappen. Niet de politiek of de expert moet beslissen.

Voorlopig is het heel verstandig om te kijken naar hybride systemen. Een warmtepomp volbrengt de basislast. De piek doe je dan op waterstof. Dit kan individueel, per woning of op grotere schaal.”

Ten Brinck: „Hybridesystemen vind ik eveneens verstandig. Ik zie met name grote kansen voor het tweede: met lokale wkk’s (wkk staat voor warmtekrachtkoppeling, MK). Dan verbrand je waterstof, waarbij er warmte en elektriciteit ontstaat. De warmte kan het warmtenet van een wijk voeden en de elektriciteit komt van pas vanwege de hoge vraag door warmtepompen in woningen.

Mijn grote haper bij waterstof als verwarming is het flinke rendementsverlies. Je gaat van wind naar gas, en raakt daar 25 procent van de energie kwijt. De verbranding met een ketel is vervolgens erg effectief, waarmee je uitkomt op een totale efficiëntie van 70 procent. Kijk je naar een warmtepomp, dan kun je met dezelfde energie naar 300 procent efficiëntie gaan. Dan is het simpele sommetje volgens mij duidelijk. Dan zou je vier keer meer zonne- of windenergie moeten opwekken als je woningen gaat verwarmen met waterstof.

Een vergelijkbaar rendementsverlies geldt overigens voor waterstofauto’s ten opzichte van elektrische auto’s met enkel een accu.”

Van Wijk: „Dat is een deel van de waarheid. In een economisch werkend, duurzaam energiesysteem gaat het uiteindelijk om de kosten en niet om rendementen van het hele systeem. Vanuit het oogpunt van efficiency zouden we alle zonnepanelen in de Sahara moeten neerzetten, en dat doen we niet.”

Hoe groot is de rol die u toedicht aan waterstof op termijn?

Ten Brinck: „Ik denk dat waterstof in 2030 nauwelijks een andere rol heeft dan vandaag de dag. In 2050 zal waterstof grofweg de plek in de economie ingenomen hebben die aardgas en olie nu vervullen, zij het op beperktere schaal. Voor zo’n 20 procent van de woningen zou waterstof toch een goede oplossing kunnen blijken. Voor monumentale panden bijvoorbeeld. De beste oplossingen voor de meerderheid van de woningen zijn een warmtepomp of een warmtenet.”

Van Wijk: „In 2030 voorzie ik al een grotere rol. Ik denk dat in Nederland dan al waterstof wordt geproduceerd via extra offshore windparken, waarbij direct op zee elektriciteit wordt omgezet in waterstof. Mijn verwachting is dat in 2050 de helft van de energie wordt ingevuld met waterstof. Het gas loopt dan via pijpleidingen naar industrie, tankstations, kassen, gebouwen en woningen.

Nederland heeft een klein zeetje en zal zelf nooit genoeg groen waterstof kunnen produceren. Nu al importeren we 60 procent van onze energie en dat zal zo blijven. Je ziet daar ook al landen op inspringen. Tegelijk moeten we eerlijk zijn, daar zit ook grijs waterstof tussen. Japan wil de Olympische Spelen laten draaien op waterstof en sloot een deal met Australië voor de levering daarvan. Maar ook landen als Egypte, Saudi-Arabië en Marokko maken grote plannen om de export te gaan bedienen. Marokko heeft begin september een interministeriële groep voor waterstof opgericht. Het gas gaat in de toekomst met een pijplijn naar Europa.”

Ten Brinck: „Nederland zal qua energie inderdaad nooit onafhankelijk zijn maar duurzame import van waterstof is nog lang niet aan de orde. Landen zoals Australië en Saudi-Arabië hebben de handen voorlopig vol aan de energietransitie in eigen land. Als zij ons in 2030 groen waterstof verkopen terwijl de Australische en de Saudische economie zelf nog primair op aardgas, olie en kolen draaien, schiet het klimaat daar niets mee op.”

serie Waterstof

Waterstof gaat een belangrijke rol spelen in het duurzame energiesysteem van de toekomst. Deel 2: tweegesprek over toekomstige rol.