Energienet van de toekomst: aardgas eruit, waterstof van windmolens erin

Op de waterstof van één Hygro windturbine kunnen honderd vrachtwagens een jaar rijden. beeld Hygro
3

Wordt waterstof het groene gas van de toekomst? Als het aan de belangrijkste Europese industrielanden ligt wel. „Om in 2050 klimaatneutraal te kunnen zijn hebben we een CO2-vrij energiesysteem nodig”, verklaarde minister Wiebes van Economische Zaken eerder deze maand tijdens een videovergadering met zijn Europese collega’s. „Schone waterstof is onmisbaar.”

Dat is koren op de molen van Jan Willem Langeraar, directeur business development van Hygro. In de Wieringermeer bouwt het Alkmaarse bedrijf na de zomer de eerste waterstofmolen. Volgens Langeraar is zijn molen „nog maar het begin van een complete systeemverandering.”

Nederland moet voor 2050 af van fossiele brandstoffen, zoals aardolie, aardgas en steenkool. Inmiddels ligt het verbranden van biomassa in kolen- en biomassacentrales ook onder vuur. „We willen geen CO2 meer uitstoten, maar wel ons huis verwarmen, vrachtwagens laten rijden, schepen laten varen en vliegtuigen laten vliegen. Dat ga je met alleen elektriciteit, dikke kabels en batterijen nooit redden. Daarvoor heb je ook waterstof nodig”, stelt Ad van Wijk, hoogleraar toekomstige energiesystemen van TU Delft.

Van Wijk.  beeld TU Delft

Volgens Van Wijk is in het huidige Klimaatakkoord onvoldoende aandacht voor de energie-infrastructuur. Nederland heeft te maken met een congestieprobleem: de capaciteit van de hoogspanningskabels in Noord-Nederland is nu al te laag om alle stroom van nieuwe zonneparken te vervoeren. Bovendien, als alle huishoudens overstappen op elektrische warmtepompen en elektrische auto’s, moeten ook de stroomnetten in de wijk enorm worden verzwaard. „Dat kost veel geld, en het kan bovendien veel slimmer.”

Hoe het anders kan, rekent Langeraar voor. „Nederland heeft de transitie ingezet van fossiele brandstoffen naar elektrisch. Als we met windmolens in plaats van elektriciteit waterstof gaan maken, kan de energieproductie per windturbine met 40 procent omhoog. De energie, in de vorm van waterstof, komt via pijpleidingen tegen 35 procent lagere kosten bij de eindgebruiker aan” (zie ”Slimmer elektrificeren”).

Aardgasnet

Het net voor het transport van het waterstofgas ligt er al, benadrukt Van Wijk. „Door heel Nederland loopt een aardgasnet. Dat kunnen we met kleine aanpassingen gebruiken voor het transport van waterstof.” Minister Wiebes laat momenteel onderzoeken wat er moet gebeuren om het gasnet geschikt te maken voor transport van waterstof. De resultaten van het zogeheten HyWay 27-onderzoek moeten eind dit jaar op tafel liggen.

Niet alle huishoudens hoeven dus te investeren in dure warmtepompen om CO2-neutraal te worden. „Dat is ook niet verstandig”, meent Van Wijk. Hij staat er volledig achter om nieuwbouwwoningen geen gasaansluiting meer te geven. „Maar voor heel veel bestaande woningen pakt dat veel te duur uit. Je moet ze zwaar isoleren voordat dat ze uit de voeten kunnen met lagetemperatuurverwarming. Dergelijke woningen kunnen heel goed met waterstof worden warm gestookt, of met een hybridesysteem: een warmtepomp met een cv-ketel op waterstof voor als het echt koud wordt.”

Als huishoudens in plaats van aardgas waterstof gaan verstoken, zijn ze ook CO2-neutraal bezig. Hun cv-ketel moet dan wel worden uitgerust met een andere brander. „Daarvan zijn de kosten nog te overzien.”

Het grote voordeel van een omschakeling van aardgas op waterstof is dat het elektriciteitsnet niet enorm hoeft te worden verzwaard. En het landelijke gasnet kan met enige aanpassingen gewoon in gebruik blijven.

Omslag

Het heeft tijd nodig om over te schakelen van fossiele brandstoffen op elektriciteit en waterstof. Windmolens die groene waterstof maken, liggen niet ineens voor het oprapen. „Als we daarop moeten wachten, wordt de waterstof veel te duur en duurt die omschakeling veel te lang”, verwacht de hoogleraar.

Zo’n 90 procent van de waterstof die momenteel beschikbaar is, is ‘grijs’, gemaakt uit aardgas. Volgens Van Wijk is de omslag naar ‘blauwe’ waterstof zonder CO2-uitstoot vrij snel te maken. „We hoeven daarvoor alleen maar de CO2 van de grijzewaterstofproductie af te vangen en kunnen die aanbieden aan de glastuinbouw, of opslaan in lege gasvelden onder de zeebodem.” Een nieuwe techniek is om blauwe waterstof te maken door aardgasmoleculen (CH4) te splitsen in vaste koolstof (C) en waterstofgas (H2). „Dit levert sowieso waterstof op zonder uitstoot van CO2.” Op termijn moet alle waterstof groen worden, geproduceerd uit duurzame bronnen zoals biogas, biomassa, bio-afval of met zonne- of windenergie.

Hij stelt zich de transitie van fossiel naar elektrisch en waterstof in drie fasen voor. „We ontkomen er niet aan om te beginnen met waterstof uit aardgas, waarbij de CO2 wordt opgeborgen. Vervolgens zullen windparken op zee heel efficiënt groene waterstof gaan maken en gaan we grote hoeveelheden groene waterstof importeren.”

Langeraar.  beeld Hygro

Belangstelling

Om die omslag naar een waterstofeconomie te maken, moeten er wel genoeg lokale afnemers zijn, merkt Langeraar op. Hygro mikt in eerste instantie op transportbedrijven. De belangstelling is groot. „Bedrijven willen wel, maar lopen aan tegen onduidelijke wetgeving, onzekerheid over de accijns op waterstof of een kilometerheffing in de komende jaren. Hoe eerder de overheid daar duidelijkheid over schept, hoe sneller de ontwikkeling van een waterstofeconomie kan gaan.”

Om te concurreren met diesel mag de prijs van waterstof aan de pomp niet hoger zijn dan 5 euro per kilogram. De eerste generatie waterstofmolens zijn om die reden hybride: ze kunnen de stroom aan het net leveren of waterstof produceren.

Idealiter krijgt de waterstofmolen een aansluiting op vijf waterstoftankstations. „Die kunnen zo’n honderd vrachtwagens bedienen.” Het bedrijf steekt momenteel veel energie in de distributieketen van waterstof. Het eerste tankstation verrijst in Alkmaar. Maar zolang Hygro niet genoeg waterstof kan afzetten, produceert de molen ook gewoon elektriciteit voor het net.

Megawindpark

Van Wijk noemt de waterstofmolen van Hygro „een interessante ontwikkeling.” Maar er zijn meer ontwikkelingen op dat gebied. Zoals het speciale zonnepaneel dat de Katholieke Universiteit Leuven recent presenteerde. Dat maakt waterstof van vocht uit de lucht. Het Amerikaanse energiebedrijf SGH2 maakte onlangs bekend dat het waterstof gaat winnen uit vuilnis.

Dichter bij huis hebben de Gasunie, Groningen Seaports en Shell Nederland plannen om voor de Groningse kust het grootste groenewaterstofproject van Europa te bouwen, het zogeheten project NortH2. Een megawindpark op zee wekt in 2040 genoeg stroom op om 8 miljoen huishoudens van waterstofgas te voorzien – Nederland telt nu 7,9 miljoen woningen.

Eigenlijk is Nederland niet zo geschikt voor grootschalige waterstofproductie, meent de hoogleraar. Dat komt door de lage instralingshoek van de zon en de beperkte windsnelheden. „Dan zouden we het hele land moeten vol zetten met windmolens.”

Daarom zal Nederland veel groene waterstof moeten importeren. „Daar kan de economie ook wel bij varen. We hebben immers een gasrotonde? De haven van Rotterdam moet ook blijven draaien. Laat Nederland een waterstofcentrum worden. Momenteel voeren we al drie keer zoveel energie in dan dat we gebruiken. De rest gaat naar buurlanden als Duitsland en België.”

Groene waterstof kan bijvoorbeeld worden gemaakt in het Argentijnse Patagonië. „Daar staat veel wind, schijnt veel zon en is veel biomassa beschikbaar, vervolgt de hoogleraar. Of in Kazachstan of in de Noord-Afrikaanse landen waar veel meer zon en wind beschikbaar zijn dan in Nederland. Die kunnen uiteindelijk waterstof leveren voor 0,7 euro per kilogram.”

Slimmer elektrificeren

Jan-Willem Langeraar, directeur business development van Hygro heeft goede argumenten voor de bouw van waterstofmolens. „De nieuwste generatie windturbines levert een economisch optimale hoeveelheid elektrische energie. Bij lage windsnelheden halen ze hun maximale vermogen al.” Maar als het hard waait, benutten ze technisch niet alle windenergie optimaal. Bovendien is de extra opgewekte elektrische energie niks waard: afnemers kunnen geld toe krijgen.

De windenergie direct omzetten in waterstof met een ingebouwde elektrolyse-installatie, is economisch veel interessanter, meent de directeur van Hygro. De wisselspanning van de molen wordt dan direct omgezet in gelijkstroom die geschikt is voor de elektrolyse van water (H2O), waaruit zuurstof (O2) en waterstof (H2) worden gemaakt. „Tel daarbij op dat een pijpleiding tien tot twintig keer goedkoper is dan een dikke stroomkabel, en dat waterstof eenvoudig en relatief goedkoop kan worden opgeslagen tot het moment dat het nodig is, bijvoorbeeld om er elektriciteit mee te maken. Dat maakt het aantrekkelijk om turbines te bouwen die ook bij harde wind meer energie produceren.”

Beleidsmakers baseren hun plannen voor de productie van waterstof op grootschalige fabrieken die elektriciteit van het net gebruiken. Maar dan klopt het economische plaatje van waterstof niet meer; alle synergievoordelen verdwijnen als sneeuw voor de zon, legt Langeraar uit. „De stroom is opgewekt door windparken op zee. Deze stroom gaat door een transformator die er hoogspanning van maakt. De fabriek transformeert de wisselspanning naar gelijkspanning. Vervolgens maakt de fabriek er waterstof mee via elektrolyse.” Voor al die omzettingen zijn dure componenten nodig en een dure aansluiting op het elektriciteitsnet. Bovendien leidt elke omzetting tot rendementsverlies.

Serie Waterstofeconomie
Fossiele brandstoffen moeten in 2050 zijn vervangen door duurzame alternatieven. Deel 1: ‘Groene’ waterstof gooit hoge ogen als goedkope vervanger van aardgas.

HYGRO presents the Duwaal project: Hydrogen made directly from wind from Evert Albers on Vimeo.