Gaat waterstof het helemaal maken?

Je hoort het overal. Van politici, op congressen over duurzaamheid, op verjaardagen, in de kroeg en je leest het in dagbladen; “Waterstof gaat het helemaal maken en zal het klimaat redden!” 

Maar helaas, ondanks een piepklein aantal auto’s en bussen op waterstof  is het niet zo simpel. Sterker gezegd: Het is een gevaarlijk sprookje als het gebruikt wordt om te wachten en uit te stellen. Ik zal proberen dit te verduidelijken in tien stellingen, gelardeerd met wat referenties.

1  Waterstof is geen energiebron maar een energiedrager. Waterstof moet eerst gemaakt worden. Bij de huidige stand der techniek gebeurt dit voor 95% via zgn. reforming van aardgas volgens de reactie:

CH₄ + 2H₂O + energie –> 4H₂ + CO₂

Deze methode kost minstens twee keer meer fossiele energie dan waterstof ooit kan opleveren en er ontstaat bovendien extra CO₂ 

2 Waterstof kan ook gemaakt worden via elektrolyse van water. In principe kan men daarmee van elektriciteit via waterstof en via brandstofcellen weer terug naar elektriciteit, maar die route gaat gepaard met veel verliezen. 

Het maken van waterstof door middel van elektrolyse van water heeft een verlies van 40%. Het comprimeren van waterstof tot vloeistof geeft een verlies van 25 %. De toepassing van waterstof in een brandstofcel voor omzetting naar stroom heeft ook een verlies van 40%

Dit betekent dat er ongeveer 4 kWh stroom nodig is om via waterstof weer opnieuw 1 kWh stroom te maken. Indien waterstof gemaakt wordt met grijze stroom uit een gas- of kolencentrale met een rendement van 40% is er zelfs 10 kWh nodig om uiteindelijk weer 1 kWh te maken. De verliezen kunnen op termijn wellicht wat kleiner worden, maar voorlopig is een factor drie nog toekomstmuziek..

Daarmee kan waterstof als energiedrager in auto’s nooit concurreren met auto’s op accu’s die geladen worden met zonnestroom. Hier komt bij dat de brandstofcel voorlopig nog erg kostbaar is terwijl de accu’s juist steeds goedkoper, de actieradius steeds groter en de laadtijden steeds korter worden. De nieuwste modellen kunnen binnen een half uur al van 10 % tot 80 % opgeladen worden.

3 Gratis waterstof bestaat niet. Zelfs voor waterstof dat als bijproduct in de chemische industrie vrijkomt (o.a. Chloorproductie, methanolproductie, naftakrakers) bestaat een markt met een bijbehorende prijs. Leuk voor een aantal lokale bussen in de buurt van zo’n bedrijf maar verder niet.

4 Een tijdelijke tekort aan zonnestroom of windenergie heeft nu tot gevolg dat er gascentrales aangeschakeld worden. Dit maakt deze centrales, zogenaamde peakers, op jaarbasis minder efficiënt en dus kostbaar. In veel gevallen kunnen de peakers al niet meer concurreren tegen opslag in accu’s.

De meest recente prijsafspraak voor levering van stroom uit de combinatie van zonnepanelen met opslag in accu’s is 3.3 dollarcent per kWh. De opslag in accu’s werkt bovendien veel sneller en is beter voor de afvlakking van korte fluctuaties.

Bij een incidentele overmaat groene stroom van wind of zon kunnen electrolysers ingeschakeld worden. Door het discontinue stroomaanbod zijn die echter ook niet erg kosten-efficiënt. Tijdelijke productie van waterstof heeft bovendien alleen zin als het ook grootschalig en langdurig opgeslagen kan worden. Die opslag zal ook geld kosten evenals de distributie vanuit die opslag via leidingen of gecomprimeerd in hogedruk tanks.

5 Waterstof kan wel zonder comprimeren tot circa 20 % of zelfs 30% toegevoegd worden aan aardgas, waardoor we zonder aanpassing van alle branders minder gas kunnen gebruiken voor verwarming van woningen en gebouwen. Dit is echter een tijdelijke zaak omdat aardgas uiteindelijk binnen enkele tientallen jaren geheel moet verdwijnen.

6 Waterstof kan in zoutkoepels worden opgeslagen en na enige aanpassing als 100% waterstof via het bestaande gasnetwerk worden gedistribueerd.

Dit vergt dan wel aanpassingen van alle branders in één keer of splitsing van het netwerk per wijk of stad. Beide zijn praktisch moeilijk te realiseren.

7 Een zinvolle toepassing lijkt waterstofproductie via een speciaal windpark op zee en min of meer continue werkende elektrolysers met opslag in zoutkoepels die vervolgens via een separaat netwerk onder lage druk continue naar een beperkt aantal industriële grootverbruikers kan worden geleverd.  Alleen al de kunstmestproductie en de staalproductie zouden daarmee een grote bijdrage kunnen leveren aan de verduurzaming.

Gezien de lage energiebelasting die de grootverbruikers nu voor fossiel gas en elektriciteit uit kolen- en gascentrales betalen, zal deze waterstof route wel aanzienlijk duurder uitkomen. Bovendien vergt het een kostbare ombouw van de installaties. 

Deze route vergt behalve tijd voor technische aanpassingen nogal wat fiscale veranderingen en bovendien internationale afstemming vanwege concurrentie.

8 Op termijn is groene waterstof direct om te zetten in vloeibaar ammoniak. Dit kan als energiebuffer worden opgeslagen in grote tanks en als vloeistof worden gedistribueerd via schepen. Deze mogelijkheid wordt serieus overwogen om de overmaat zonne-energie in Australië via ammoniak naar Japan te brengen. Ammoniak kan in vrachtauto’s, treinen, vliegtuigen en schepen via brandstofcellen weer omgezet worden in elektriciteit. Deze route is (behalve in Nederland) volop in ontwikkeling maar voorlopig nog niet uitontwikkeld en ook nog niet concurrerend met diesel en accijnsvrije kerosine.

9 Waterstof kan ook gemaakt worden door vergisting van biomassa. Er van afgezien dat de techniek nog niet voldoende ontwikkeld is, zal de hoeveelheid secundaire biomassa altijd beperkt blijven en zal het biologische proces gevoelig zijn voor wisselende samenstellingen van de biomassa. Bovendien wordt op dit moment al veel biomassa gebruikt als bijmenging in mestvergisters  voor productie van groen gas en voor productie van blauwe diesel en in verbrandingsovens die elektriciteit opwekken. In tegenstelling tot waterstof, hebben deze routes geen probleem met de distributie.

10 De technologie staat niet stil en een aantal van de genoemde problemen kan wellicht op termijn gedeeltelijk opgelost worden. De overgang naar waterstof vergt echter ook ander fiscaal beleid en internationale afstemming. Dit zal allemaal tijd vergen en die tijd is er niet. Het klimaatprobleem vergt een snelle transitie.  Gezien de enorme inspanning door talloze research instellingen op het gebied van verbeterde accu’s is ook niet te verwachten dat waterstof het op langere termijn ooit van de accu gaat winnen.

Han Blok