artikel

Waterstof: welke mogelijkheden biedt het voor de industrie?

R&D

Hoe meer duurzame elektriciteit met zon en wind wordt opgewekt, des te nijpender de vraag naar opslag en distributie. Nu moeten producenten bij harde wind en felle zon soms betalen om hun overproductie kwijt te raken, terwijl ze bij mistig, windstil weer weinig te bieden hebben. Productie van waterstof uit overtollige stroom kan de balans brengen die de energiemarkt nodig heeft. Waterstof verbindt elektriciteitsvraag en -aanbod, de stroom- en de gasmarkt, en zelfs de industrie en de milieubeweging.

Waterstof: welke mogelijkheden biedt het voor de industrie?

Tekst: Leendert van der Ent

De tijd is rijp om een waterstofinfrastructuur te gaan opzetten, vindt Frans Rooijers, directeur van energie onderzoeks- en adviesbureau CE Delft. ‘Waterstof is naast elektriciteit een noodzakelijke energiedrager. Enerzijds om het aandeel van hernieuwbare elektriciteit verder te laten groeien, anderzijds om een deel van het aardgasgebruik te vervangen door klimaatneutraal gas.’

Dit is inmiddels een breed gedeelde mening. Het Manifest van de Waterstof Coalitie uit mei 2018, waarin 26 beeldbepalende partijen uit de energiesector zich verenigen, is zowel via de website van VNO-NCW als die van Greenpeace aan te klikken. De industrie en de milieubeweging trekken hier samen op.

Grijze, blauwe of groene waterstof

Momenteel vindt de productie van waterstof plaats door chemische omzetting vanuit fossiele brandstoffen. Aardgas (CH4) reageert met stoom (H2O). Daarbij ontstaan waterstof (H2) en koolstofdioxide (CO2). Deze waterstof draagt niet bij tot vermindering van de CO2-uitstoot en heet daarom grijze waterstof. Blauwe waterstof is hetzelfde, met één verschil: hierbij wordt de CO2 afgevangen en opgeslagen in lege gasvelden. Air Liquide produceert momenteel al blauwe waterstof.

Het einddoel is de productie van klimaatneutrale, groene waterstof. De productie daarvan vindt plaats door met duurzame elektriciteit water via elektrolyse te splitsen in zuurstof en waterstof. Eén van de mogelijkheden is de productie van waterstof direct bij een windturbine: een waterstofmolen. Het voordeel hiervan is, dat zo’n molen geen elektriciteit vanuit zee hoeft af te voeren. Hoe verder op zee, des te duurder dat uitpakt. De kosten van elektrolyse en waterstoftransport kunnen lager zijn dan een elektrische netaansluiting.

Behalve uit elektriciteit via elektrolyse is het ook mogelijk groene waterstof uit biomassa te maken. Daarvoor staan er zelfs twee routes open. De eerste is directe biomassavergassing naar syngas en dan waterstof. Het is ook mogelijk om eerst uit biomassa biogas te winnen en dit middels Stoom-Methaan-Reforming (SMR) om te zetten in syngas en tenslotte waterstof. Waterstof komt ook vrij ‘als restproduct’ uit allerlei andere industriële processen. Na zuivering is ook dat een vorm van groene waterstof.

Prijs en waterstoftransitie

Onderzoek van CE Delft maakt duidelijk dat productie van groene waterstof nu nog duurder is dan die van blauwe waterstofgas. Dat prijsverschil zal volgens het rapport van het bureau uit juni 2018 de komende jaren steeds kleiner worden. Rond 2030 ligt het omslagpunt en wordt groene waterstof concurrerend met blauwe. CE Delft bepleit dan ook te starten met blauwe waterstof om de waterstoftransitie vast op gang te brengen.

Battolyser

Aan initiatieven om de noodzakelijke waterstoftransitie op gang te krijgen ontbreekt het gelukkig niet. Zo is er de battolyser. Eind 2016 presenteerde de onderzoeksgroep van professor Fokko Mulder aan de TU Delft zo’n apparaat op laboratoriumschaal. Deze ‘battery – electrolyser’ kan elektriciteit opslaan en vervolgens leveren zoals een batterij. Als de accu vol is, gaat de installatie verder met het splitsen van water in waterstof en zuurstof door elektrolyse. Begin 2019 startte een eerste battolyser van 15kW/60kWh van Battolyser B.V. bij de Magnum-gascentrale van NUON in de Eemshaven.

Met deze technologie kan overtollig opgewekte duurzame stroom opgeslagen worden voor momenten waarop de vraag het aanbod overtreft en de elektriciteitsprijs hoog is. Uiteindelijk wil Nuon de geproduceerde waterstof gebruiken als CO2-vrije brandstof voor de Magnum-centrale. Battolyser B.V. is een joint venture van TU Delft en Proton Ventures. Het Waddenfonds subsidieert deze toepassing, een eerste opschaling naar systemen van één tot 10 MW. Nuon en Yara dragen bij aan het ontwikkeltraject, waarbij ook andere industriële partijen zijn betrokken.

Leestip: Eerste battolyser voor elektriciteitsopslag en waterstofproductie

Hydrohub

Het waterstofconsortium binnen het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) lanceerde op zondag 16 december de Hydrohub. Dit consortium heeft als doel om nog voor 2030 grootschalig, concurrerend en CO2-vrij waterstof voor industrieel gebruik te produceren. Op het Zernike complex van de Groningse universiteit komt een installatie voor de productie van waterstof voor industriële toepassingen. Behalve naar de productie kijkt het initiatief ook naar de distributie van waterstof. Gerard van Pijkeren, directeur Gasunie New Energy, meldt hierover op de website van Gasunie: ‘Gasunie faciliteert initiatieven waarmee hergebruik van het bestaande traditionele gasnetwerk relatief eenvoudig tot de inzet van duurzame energievormen leidt. De Hydrohub is zo’n initiatief.’

Met de Hydrohub werken tien organisaties aan het ontwikkelen van waterstof op industriële schaal. Van Pijkeren: ‘Waterstof verbindt het elektriciteitsnet met het gasnetwerk, waardoor beide systemen van elkaars capaciteit kunnen profiteren. En dat voorkomt problemen in het stroomnet. De Hydrohub draagt bij aan de noodzakelijke ketenvorming waarbij industrie, mobiliteit en op termijn de bebouwde omgeving aansluiten.’

Dat zowel de eerste Battolyser als Hydrohub in Groningen staan is geen toeval. Het is de thuisbasis van de New Energy Coalition (voorheen onder andere Energy Valley) en ‘De groene waterstofeconomie in Noord-Nederland’. Maar er zijn ook elders initiatieven in de industrie. Zo onderzoeken Nouryon (voorheen AkzoNobel Specialty Chemicals), Tata Steel en Port of Amsterdam of een groen waterstofcluster in de regio Amsterdam haalbaar is.

Fabrieken en huizen

Waterstof is dus klimaatneutraal te produceren en te distribueren, maar wat kan er vervolgens mee? De industrie kan de brandstof gebruiken als een alternatief voor aardgas. ‘Met waterstof kun je precies hetzelfde’, stelt hoogleraar Future Energy Systems aan de TU Delft Ad van Wijk kernachtig vast. Dat vraagt weliswaar om aanpassing van de gasinstallaties, maar dat is bij toepassing van buitenlands aardgas, dat een andere samenstelling heeft dan het Nederlandse gas, net zo. Alleen als waterstof in zeer lage percentages wordt bijgemengd met aardgas, hoeven gasgestookte installaties niet te worden gemodificeerd.

Ook verwarmingsketels zijn gasgestookte installaties die na modificatie waterstof kunnen verstoken. Dat gaat vanaf dit jaar gebeuren met twee ketels in een appartementencomplex in Rozenburg. Bij dit project zijn Stedin, Bekaert Heating, Remeha, onderzoeksbureau DNV GL, Gemeente Rotterdam en woningstichting Ressort Wonen betrokken. Lokaal geproduceerde waterstof bereikt het complex via een apart leidingnet.

Waterstofauto’s

Inmiddels hebben verschillende autofabrikanten waterstofauto’s bij de dealers staan. Voorbeelden zijn de Mercedes-Benz GLC, de Hyundai Nexo, de Toyota Mirai en de Kia Niro. Maar waar moeten de bezitters van deze auto’s tanken? Eind 2016 waren er drie tankstations in Nederland. Twee jaar later waren dat er vier: in Groningen, Rhoon, Helmond (met eletrolyse) en Maarn. ‘Op weg met waterstof’ meldt in augustus 2018 dat er in 2020 al twintig stations in Nederland zouden kunnen staan.

Het H2 Mobility-consortium, dat sinds 2015 grote autofabrikanten en grote brandstofproducenten verenigt, heeft plannen voor grootschalige uitrol. In Duitsland zijn er inmiddels zestig tankstations gerealiseerd. In 2019 moeten dat er honderd zijn. Waterstof komt er wel. De aanlooptijd was en is lang, maar na een kantelpunt gaat het, zoals in elke transitie, opeens sneller en sneller. Alleen: waar ligt dat kantelpunt?

Reageer op dit artikel