MEGATREND WATERSTOF: GROENE WATERSTOF DE BRANDSTOF VAN DE TOEKOMST?

WATERSTOF - EEN ALLESKUNNER

Er wordt veel hoop gevestigd op waterstof als energiedrager. Waterstof lijkt de oplossing te zijn, vooral voor economische en industriële sectoren die nu nog moeilijk koolstofvrij te maken zijn en gebukt gaan onder een hoge uitstoot van broeikasgassen. Waterstof is een allrounder en kan op vele manieren worden gebruikt. Het is niet alleen een energiedrager, maar wordt ook gebruikt als grondstof voor industriële doeleinden. De huidige productie ervan is echter zeer energie-intensief en gaat gepaard met hoge emissies.

In de toekomst zou waterstof in grote hoeveelheden kunnen worden geproduceerd door het gebruik van hernieuwbare energiebronnen. De technische processen die dit mogelijk maken, zijn getest en reeds in gebruik. Zo zou klimaatneutrale waterstof de drijvende kracht kunnen worden van een ontluikende waterstofeconomie. Wij willen een blik werpen op de vele gebruiksmogelijkheden en toepassingen ervan en deskundigen uitnodigen om bij te dragen tot een objectieve dialoog over het onderwerp waterstof.

Het onderwerp waterstof is niet nieuw. Onderzoek naar overeenkomstige technologieën is reeds lang aan de gang. Sinds de ontdekking ervan in de 18e eeuw zijn er verschillende toepassingen geweest. Maar waar staat de waterstoftechnologie vandaag en welke toepassingen worden momenteel nagestreefd? Dit zijn de vragen die wij in deze themaspecial behandelen. Eén aandachtspunt is de bijdrage die klimaatneutrale waterstof levert aan de energietransitie.

WAAROM WATERSTOF GEBRUIKEN VOOR DE ENERGIETRANSITIE?

Waterstof, of kortweg H2, is niet alleen het meest overvloedige element in het heelal. Het wordt gekenmerkt door een breed scala van nuttige eigenschappen. Dit maakt waterstof aantrekkelijk voor energiegebruik. Het heeft een hoge energiedichtheid, kan worden opgeslagen en vervoerd in vloeibare of gasvormige vorm. De verbranding ervan veroorzaakt geen uitstoot.

Het enige nadeel is dat waterstof op aarde niet in zuivere vorm bestaat, maar alleen in gebonden vorm. Om het als energiedrager te kunnen gebruiken, moet het eerst worden geproduceerd. Dit is mogelijk door middel van verschillende productieprocessen. Een daarvan is het "power-to-gas"-proces in combinatie met elektrolyse. Onder elektrische spanning kan water (H2O) met behulp van een elektrolyseapparaat worden gesplitst in zijn componenten waterstof (H2) en zuurstof (O2).

Dit proces en de elektrolyse vereisen echter energie - veel energie! En dit is waar hernieuwbare energiebronnen in het spel komen, aangezien zij de vereiste energie kunnen leveren, maar zonder uitstoot te veroorzaken.

WAT ZEGT DE KLEUR OVER WATERSTOF?

Waterstof op zich is een kleurloos element. Toch wordt waterstof die via het "power-to-gas"-proces wordt geproduceerd, als "groen" omschreven. Deze kleuring geschiedt in verband met de krachtbron, d.w.z. van welke bronnen de energie afkomstig is die nodig is om de waterstof te produceren. Als de waterstof groen is, wordt groene elektriciteit, d.w.z. hernieuwbare energie, gebruikt om de waterstof te produceren. In het geval van "grijze" en "blauwe" waterstof is de benodigde energie afkomstig van fossiele energiebronnen, d.w.z. dat steenkool, olie of gas als energiedragers worden gebruikt. Dit leidt tot emissies tijdens de productie ervan.

In tegenstelling tot grijze waterstof mogen de emissies van blauwe waterstof niet ongehinderd in de atmosfeer ontsnappen. In plaats daarvan zijn verdere opslagstappen gepland om de CO2-emissies te binden en ze bijvoorbeeld in diepe aardlagen te injecteren. Bij "turquoise" waterstof blijven de koolstofresiduen in vaste vorm en moeten zij ook tijdelijk worden opgeslagen.

Zowel de productie van blauwe als van turkooizen waterstof is controversieel met betrekking tot de energietransitie. Volgens critici leiden beide niet tot een verschuiving weg van fossiele brandstoffen, maar eerder tot een voortzetting van het gebruik ervan. Terwijl groene waterstof wordt gevoed met hernieuwbare energiebronnen en dus schone energie kan worden gebruikt voor elektrolyse. Dit zou dus op een klimaatneutrale manier kunnen worden geproduceerd.

VERLENGDE ARM VAN REGIONALE WAARDECREATIE

Waterstof geproduceerd uit groene stroom wordt beschouwd als de energiedrager van de toekomst en is een belangrijk onderdeel van de energietransitie. De productie ervan is tot dusver echter duur en complex, zodat het gebruik ervan bij voorkeur dient plaats te vinden in gebieden waar elektrificatie en rechtstreeks gebruik van hernieuwbare energie niet mogelijk is.

Er zijn reeds enkele demonstratieprojecten uitgevoerd. Daarin is het technische bewijs geleverd dat groene waterstof kan worden geproduceerd via power-to-gas en het elektrolyseproces. Ook de economische aspecten worden onderzocht. Demonstratieprojecten leggen vaak de basis voor verdere projecten om nieuwe technologieën op infrastructuurniveau en op grotere schaal in de markteconomie in te voeren.

Regio's die reeds hebben geïnvesteerd in de uitbreiding van hernieuwbare energiebronnen kunnen baat hebben bij de ontwikkeling van nieuwe waterstofinfrastructuren. Voor hen zou groene waterstof een extra plus betekenen voor de regionale waardecreatie. Door de installatie en exploitatie van installaties voor hernieuwbare energie zouden inkomsten kunnen worden gegenereerd die verder gaan dan de "elektriciteitsoogst" via de ontwikkeling van een waterstofinfrastructuur.

WAT ZIJN DE TOEPASSINGEN VAN GROENE WATERSTOF?

Waaier van toepassingen voor groene waterstof en voor sectorale koppeling:

Groene waterstof kan worden gebruikt als energiedrager en hulpbron op het gebied van energie- en warmteopwekking, industrie, vervoer en gebouwen. Met name biedt het een breed scala van gebruiksmogelijkheden voor de zogenaamde sectorale koppeling. Het spectrum van zijn toepassingen wordt hier kort geschetst, zonder verder in detail te treden.

Groene waterstof voor de industrie

In de industrie worden reeds grote hoeveelheden waterstof gebruikt. Voor deze sectoren zouden geen nieuwe toepassingsgebieden behoeven te worden ontwikkeld. In plaats daarvan zou grijze waterstof kunnen worden vervangen door groene waterstof. Dit zou vele industriële sectoren met hoge emissies in staat stellen hun uitstoot te verminderen.

Elektriciteit opwekken met brandstofcellen

Een andere optie is de groene waterstof terug om te zetten in elektriciteit. Het kan worden omgezet in elektriciteit door gebruik te maken van brandstofcellen. Op die manier zou groene waterstof kunnen worden gebruikt als brandstof, maar ook voor het opwekken van warmte in gebouwen. Vooral voor gedecentraliseerde energievoorziening en als vervanging voor dieselgeneratoren zouden brandstofcellen potentieel hebben in combinatie met PV en andere hernieuwbare technologieën. Bij de omzetting terug in elektriciteit gaat echter veel energie verloren.

Voertuigen aangedreven door groene waterstof

Door brandstofcellen aangedreven voertuigen zijn reeds op de markt. De verspreiding ervan is slechts gering, zoals dat ook het geval is met de opkomst van elektromobiliteit. De voertuigen zijn duur in aanschaf en gebruik. Bovendien is het rechtstreekse gebruik van elektriciteit in elektrische voertuigen efficiënter en zijn er minder centrales nodig om elektriciteit op te wekken. Bovendien is er momenteel geen landelijk dekkend netwerk van waterstoftankstations. Dit wordt echter geleidelijk uitgebreid. Tegen eind 2021 moeten in Duitsland ongeveer 100 waterstoftankstations klaar zijn voor gebruik.

Terwijl het gebruik van waterstofvoertuigen in het vervoer nog terughoudend is, wordt er meer gebruik gemaakt van brandstofcelvoertuigen op het gebied van de zogenaamde industriële vrachtwagens. Zo worden bijvoorbeeld vorkheftrucks en trekkers aangedreven door waterstofaandrijvingstechnologie. Brandstofcelbussen hebben ook een hoog niveau van technische rijpheid bereikt en worden gebruikt door stedelijke vervoersbedrijven. Dit zijn vaak hybrides gecombineerd met een elektrische motor.

Groene waterstof in spoorvervoer en vrachtvervoer

Voor lange afstanden, zoals zwaar vrachtverkeer over de weg, maar ook voor railvervoer, zijn brandstoffen op basis van elektriciteit, zoals waterstof, eveneens geschikt. De eerste waterstoftreinen zijn al getest op testsporen. Maar hun aantal is beheersbaar. Hoewel zij, net als vrachtwagens, geacht worden goede kansen te hebben om gebruik te maken van groene waterstoftechnologie.

Groene waterstof in scheepvaart en luchtvaart

Even intensief wordt gewerkt aan hybride vliegtuigen en schepen op basis van waterstoftechnologie. In de vliegsector hebben de eerste prototypes hun functionaliteit bewezen. De interactie tussen elektromotor en brandstofcel is getest.

Hybride-elektrische voortstuwingssystemen voor schepen zouden ook op een klimaatvriendelijke manier kunnen worden gebruikt. Vracht- en cruiseschepen zouden bijvoorbeeld brandstofcellen kunnen gebruiken om te voorzien in hun elektriciteits- en verwarmingsbehoeften tijdens hun verblijf in havens. Havensteden worden blootgesteld aan hoge milieu- en emissiebelastingen veroorzaakt door schepen. Groene waterstoftechnologieën kunnen een schoon alternatief bieden voor dieselgeneratoren en havensteden bevrijden van emissies.

WAT HOUDT DE MARKTINTRODUCTIE VAN EEN GROENE WATERSTOFECONOMIE MOMENTEEL TEGEN?

Zoals blijkt, zijn er veel mogelijke toepassingen voor groene waterstof. Er zijn echter nog weinig aanwijzingen dat de markt voor waterstoftoepassingen snel groeit. Wat houdt de ontwikkeling van een waterstofeconomie tegen?

Hier kunnen een aantal hindernissen worden genoemd. Want ondanks de technologische vooruitgang van de laatste jaren, bijvoorbeeld op het gebied van brandstofcelproductie, materiaalonderzoek of efficiëntieverbeteringen bij de productie van groene waterstof, blijft de technologie kostenintensief. Hoge fabricagekosten zijn een belangrijk obstakel voor de invoering van de technologie.

Terzelfder tijd doen andere groene technologieën en toepassingen hun intrede op de markt. Waterstoftoepassingen moeten hiermee concurreren. Vooral omdat veel van de technologieën al rijp zijn - sleutelwoorden: elektromobiliteit, energieopslagsystemen op basis van lithium-ion of digitale energie-efficiëntiesystemen. Voorbehouden ten aanzien van de technologie vormen eveneens een centraal obstakel.

Het zijn dus niet alleen technologische en financiële factoren die van belang zijn. Actoren, structuren, markten en een juridisch kader zijn nodig om een groene waterstofeconomie tot stand te brengen. Business cases voor groene waterstoftoepassingen en een grotere uitbreiding van hernieuwbare energiebronnen zijn ook nodig om überhaupt groene waterstof uit schone energiebronnen te kunnen produceren.

Tegelijkertijd zijn investeringen in een waterstofinfrastructuur noodzakelijk, d.w.z. naast elektriciteitscentrales zijn er investeringen nodig voor logistiek, opslag en vervoer. Zonder aanloopfinanciering, zoals is gebeurd met hernieuwbare energiebronnen, energieopslag, elektromobiliteit en energie-efficiëntietechnologieën, zal een waterstofeconomie zich niet voldoende kunnen ontwikkelen.

FINANCIERINGSPROGRAMMA'S

In de afgelopen jaren heeft de Duitse regering financieringsprogramma's voor waterstoftechnologie gelanceerd. Onlangs, in de zomer van 2020, heeft zij haar "nationale waterstofstrategie" gelanceerd en daarmee de meest uitgebreide bevordering van waterstoftechnologieën tot nu toe. Met een catalogus van in totaal 38 maatregelen zullen in de komende jaren projecten die dicht bij de markt staan, uit het programma worden gefinancierd.

Nadere informatie over de gefinancierde projecten is te vinden onder de volgende link:

Waterstoffinancieringsprogramma van de BMBF

CONCLUSIE

Wat groene waterstof betreft, kunnen talrijke toepassingen worden geïdentificeerd die de technologie aantrekkelijk maken voor het verdere gebruik van hernieuwbare energiebronnen. Alleen om zover te komen, moeten er momenteel nog een aantal hindernissen worden genomen. Dit bemoeilijkt de verspreiding en staat de marktontwikkeling van een groene waterstofeconomie in de weg. De uitwisseling van ervaringen en de vaststelling van haalbare wegen kunnen echter bijdragen tot de verspreiding van de waterstoftechnologie.

UW FEEDBACK IS NODIG ...

• Welke vragen branden er in uw hoofd in verband met waterstof?
• Kent u interessante projectvoorbeelden?
• Hebt u ervaring met groene waterstoftoepassingen en -projecten die u wilt delen?

Als u geïnteresseerd bent in een persoonlijke uitwisseling, neem dan contact met ons op!