Waterstofgas als alternatief voor aardgas; is dat zo eenvoudig?
Nederland heeft zichzelf ambitieuze klimaatdoelen gesteld. In 2030 willen we 49% minder CO2 uitstoten t.o.v. 1990. In 2050 zelfs 95%. Een snelle en betaalbare transitie naar duurzame energie hangt volledig af van hoe schone energie gedistribueerd gaat worden. Hoe eenvoudig is dat eigenlijk?
Duurzame energie opslaan en distribueren
Op steeds meer plaatsen wordt duurzame energie opgewekt. Zonnepanelen behoren al tot het straatbeeld. Op de Noordzee worden nog altijd nieuwe windparken ontwikkeld. Nieuwbouwwoningen worden veelal gasloos opgeleverd en voorzien deels al in hun eigen energiebehoefte. Gebruikers die niet in staat zijn om in de eigen energiebehoefte te voorzien gaan afhankelijk worden van de toelevering van duurzame energie. Denk aan de wat oudere panden, maar ook de industrie die veel energie nodig heeft. We weten hoe we duurzame energie moeten opwekken. Nu nog hoe we die opslaan en naar de gebruikers distribueren. Dat is een belangrijk vraagstuk binnen de energietransitie.
Accu’s; een twijfelachtig alternatief
Duurzame energie uit zon en wind kun je via het elektriciteitsnet bij de gebruikers brengen. Naast een flinke verzwaring van het elektriciteitsnet, zijn er veel accu’s nodig om de energie op te slaan. Accu’s hebben een beperkte capaciteit en levensduur, zijn milieubelastend en behoeven daarom een goed recycle-programma. Het delven van grondstoffen voor deze accu’s, zoals kobalt en lithium, kost ook veel energie. Bovendien komt kobalt voor een flink deel uit derdewereldlanden. Bij het delven daar worden mens en milieu niet echt worden gespaard. Waar accu’s nog een twijfelachtig alternatief voor energieopslag lijken, heeft waterstof als energiedrager veel betere papieren.
Geen CO2-uitstoot bij verbranding waterstofgas
Gronings aardgas bestaat uit meerdere gassen: 82% methaan, 14% stikstof en nog wat andere gassen. De energiedrager in aardgas is methaan en heeft de chemische formule CH4. Methaan bestaat uit één koolstofatoom en vier waterstofatomen. Bij normale verbranding zijn de restproducten H2O (waterdamp) en CO2 (koolstofdioxide). Waterstofgas (H2) bestaat uit twee waterstofatomen. Bij normale verbranding van waterstofgas is het restproduct 100% H2O (waterdamp). Er komt dus geen CO2 vrij. Dat maakt waterstof als energiedrager hét alternatief voor aardgas. Alleen moeten we waterstof wel zelf produceren.
Waterstofgas uit aardgas of uit water
Waterstofgas komt niet voor in de vrije natuur; het is zo licht dat het direct naar de bovenste regionen van de aardatmosfeer stijgt. Waterstofgas moeten we dus zelf maken. Dat kan op twee manieren.
Blauwe en grijze waterstof
Dit wordt gewonnen door aardgas te “kraken” waarbij er waterstof en koolstofdioxide overblijven. Het schone waterstof wordt als brandstof gebruikt. Dat is de grijze variant. Bij de blauwe variant wordt de koolstofdioxide daarnaast gecontroleerd opgeslagen in oude gasvelden.
Groene waterstof
Door een elektrische stroom door water te sturen valt water uiteen in zuurstof en waterstof. Dit wordt elektrolyse genoemd. Het schone waterstof wordt als brandstof gebruikt en de zuurstof wordt gecontroleerd in de atmosfeer losgelaten.
Groene waterstof wordt “groen” genoemd omdat de elektrische stroom die voor de elektrolyse nodig is, wordt opgewekt uit duurzame bronnen zoals windenergie en zonne-energie.
Waterstof door het bestaande aardgasnetwerk
Waterstofgas heeft wel andere eigenschappen dan aardgas. Het is heel erg licht, lichter dan helium, en werd daarom vroeger in zeppelins en ballonnen gebruikt. Ondanks deze andere eigenschap is ons aardgasnetwerk volgens KIWA geschikt voor het transport van waterstofgas. Volgens experts moet er wel wat vervangen worden. Het gaat dan bijvoorbeeld om afdichtingen tussen afsluiters en aanpassingen aan compressoren. Volgens deskundigen liggen die kosten tussen 200 en 300 miljoen euro. Dat is 2% is van de geschatte waarde van ons hele aardgasnetwerk. Waterstof kan straks door het bestaande, aangepaste aardgasnetwerk naar gebruikers door het hele land worden gedistribueerd.
Waterstof bijmengen
Gastoestellen die nu in gebruik zijn bij bedrijven en consumenten zullen wel vervangen moeten worden. Ombouwen om 100% waterstof te verbranden is volgens experts op dit moment niet haalbaar. Maar waterstof kan wel tot 20% probleemloos worden worden bijgemengd op aardgas, dat toonde uitgebreide tests bij huishoudens op Ameland al aan. Er wordt nu al gekeken naar de ontwikkeling van hybride toestellen die kunnen schakelen tussen aardgas en waterstofgas.
Waterstofvoorraad voor koude, zonloze en windstille dagen
Net als andere fossiele brandstoffen is aardgas ondergronds in grote velden opgeslagen. Dat is dan ook meteen onze grote voorraad. Oude ondergrondse zoutkoepels, zoals in het noorden van het land, worden gebruikt als buffers voor perioden dat er meer vraag is.
Op een koude, zonloze en windstille winterdag is er weinig duurzame energie uit wind en zon beschikbaar, maar is de vraag wel groot. Andersom kan op een zonnige en winderige dag meer duurzame energie geproduceerd worden dan gevraagd wordt. Energie, in de vorm van waterstofgas, moet ook in een buffervoorraad worden opgeslagen om de wisselende vraag op te vangen.
Vloeibaar maken voor opslag
Er zijn verschillende methodes om waterstofgas op te slaan. Een beproefde methode is ondergrondse opslag in gasvorm in lege aardgasvelden en zoutkoepels. Door waterstofgas vloeibaar te maken kun je veel van het gas opslaan in tanks. Vloeibaar maken doe je door het te koelen naar minimaal -253 °C. Anderzijds kun je waterstof ook in gasvorm opslaan door te comprimeren met hoge druk.
Drie keer zoveel waterstofgas als aardgas nodig
Door zijn eigenschappen levert 3 kuub waterstofgas bij verbranding ongeveer evenveel energie op als 1 kuub aardgas. In de toekomst moet dus drie keer zoveel waterstofgas door het aardgasnet stromen om in dezelfde energiebehoefte te voorzien als nu met aardgas. Dat betekent dat de buffervoorraden ook drie keer groter moeten zijn dan bij aardgas nu het geval is.
1 liter benzine = 4 liter vloeibaar waterstof
Ondanks dat waterstof vloeibaar gemaakt kan worden heb je meer opslag nodig. Dat geldt ook voor voertuigen die waterstof als brandstofbron gaan gebruiken. Er zijn speciale tanks nodig die extra thermisch geïsoleerd moeten worden zodat het extreem gekoelde waterstof vloeibaar blijft. De tanks worden ook groter om dezelfde actieradius te houden. 1 liter benzine levert namelijk evenveel energie als 4 liter vloeibaar waterstof. Dus heb je nu een tank van 40 liter benzine, dan heb je straks voor dezelfde actieradius een tank van 160 liter nodig.
Kans om te innoveren
De transitie naar waterstof is sneller gezegd dan gemaakt. Er zijn nog veel zaken die uitgedacht en aangepakt moeten worden. Niet alleen technisch, ook organisatorisch. Het zwaartepunt van de technische problemen ligt bij een efficiënte en veilige productie, opslag en distributie. Dat is een mooie kans om te innoveren. En innoveren is goed voor de economie en in het bijzonder voor Nederland met zijn krachtige kenniseconomie.
“Deltaplan voor waterstof”
Om de transitie naar waterstof op tijd in gang te zetten is een allesomvattend plan en een draaiboek nodig. Deskundigen spreken van een “Deltaplan Waterstof” en verwijzen naar de jaren ’60. Toen maakte Nederland een transitie door van steenkool en stadsgas naar aardgas. Dat ging best goed, ondanks dat er duizenden kilometers pijpleiding gelegd moest worden en fornuizen, geisers en kachels in huishoudens vervangen moesten worden.
