Waterstof als wonderolie voor de gebouwde omgeving?

Waterstof wordt in deze hele discussie soms als wondermiddel aangeduid. Maar is het dat ook? In dit artikel een toelichting op waterstof en de rol die het in de energietransitie kan vervullen.

Wat is waterstof?
Waterstof is een onzichtbaar, reukloos en niet-giftig gas dat lichter is dan lucht. Maar we moeten het wel winnen, want waterstof komt in de natuur niet voor.

Er zijn meerdere manieren om waterstof te winnen. Helaas niet allemaal even duurzaam. De meest voorkomende - niet duurzame - methode is het omzetten van koolwaterstof uit bijvoorbeeld aardgas in waterstof en koolstof. Het probleem daarvan is dat de koolstof als koolstofdioxide (CO2) in de lucht verdwijnt. Daarmee schieten we ter vervanging van aardgas in de gebouwde omgeving dus niet veel op. Dit noemen we grijze waterstof. Wanneer de CO2 die vrijkomt bij de verbranding van het aardgas wordt afgevangen en opgeslagen in bijvoorbeeld een leeg gasveld dan spreken we van blauwe waterstof. 

Gelukkig is er ook een andere methode. Elektrolyse. Met deze methode wordt water op een gecontroleerde manier onder elektrische spanning gebracht, waardoor waterstof en zuurstof als gas vrijkomen. Je hebt dan dus wel elektriciteit nodig om waterstof te maken om er daarna weer elektriciteit van te maken. Als je dat duurzaam wilt doen, moet je groene elektriciteit (bijvoorbeeld uit wind- of zonne-energie) gebruiken. We spreken dan van groene waterstof.

Energieverlies
Het nadeel van het omzetten van elektriciteit naar waterstof is dat 25 procent verloren gaat en bij het weer omzetten van waterstof naar elektriciteit nog eens 45 procent. Zo verlies je onderweg 60 procent van de origineel opgewekte stroom. Waarom zou je dat dan überhaupt willen? Het antwoord daarop is vrij eenvoudig. Het voordeel is dat je waterstof kunt opslaan en vervoeren en dat is voor elektriciteit nog niet zo makkelijk.

Waterstof is makkelijker en goedkoper op te slaan en te transporteren dan elektriciteit

Er zijn wel accu’s die worden gebruikt om elektriciteit op te slaan, maar daar kun je geen grote hoeveelheden in opslaan en ze zijn kostbaar. Om je een idee te geven, de Powerwall van Tesla heeft een capaciteit van 13,5 kWh en kost de consument € 9.075. Een gemiddeld all electric huishouden verbruikt zo’n 7.500 kWh per jaar, dat is 20 kWh per dag. In de winter wordt er meer verbruikt dan in de zomer omdat het langer donker is, mensen meer binnen leven maar vooral omdat er meer vermogen nodig is om te verwarmen. Zo’n accu van 13,5 kWh is dus leuk om het verschil in dag en nacht op te vangen. Nederland heeft echter te maken met seizoenen en met die accu gaan we de winter niet doorkomen. In zo’n geval kun je opgeslagen waterstof gebruiken om periodieke verschillen tussen vraag en aanbod op te vangen.

Toepassingsgebieden
Waterstof is heel goed toepasbaar in de industrie. Het wordt daar ook veelvuldig gebruikt (denk aan medicijnen en kunstmest). Bijkomend voordeel voor dergelijke toepassingen is dat zij als grondstof ook waterstof nodig hebben en je het waterstof dus niet weer om hoeft te zetten in elektriciteit (met het daarbij behorende verlies). Daarnaast zijn er steeds meer ontwikkelingen in de mobiliteit. Duitsland is bezig met de uitrol van een waterstofnet voor auto’s en fabrikanten ontwikkelen volop (onder andere de Toyota Mirai en Hyundai Nexo). Hoewel het interessant is het totale potentieel te bekijken gaat dit artikel over waterstof als energiedrager voor de gebouwde omgeving. 

Experimenten
Ook in de gebouwde omgeving wordt druk geëxperimenteerd. Vaillant werkt aan een waterstof-gebaseerd verwarmingssysteem voor consumenten op basis van een brandstofcel waarbij tegelijkertijd warmte en elektriciteit wordt opgewekt. Gasunie zet in Groningen de elektriciteit van 5.000 zonnepanelen om in waterstof als opslag voor energie. Hiervoor wordt een power-to-gas-installatie gebouwd. Dit experiment is interessant omdat het informatie kan opleveren over in hoeverre waterstof geschikt is bij bestaande (oudere) woningen die anders alleen met kostbare ingrepen geschikt zijn te maken voor duurzame energie.

Begin 2019 gaat in de Rotterdamse deelgemeente Rozenburg een proef van start met het inzetten van 100% waterstof als bron voor verwarming van huizen. Het plan is om lokaal waterstof te produceren met groene stroom. In een woonblok in Rozenburg worden twee nieuwe cv-ketels geplaatst die helemaal op waterstof draaien. Bekaert Heating en Remeha zijn daar onder meer bij betrokken.

De Engelse plaats Leeds is misschien wel het mooiste voorbeeld. De stad wil in 2026 volledig op waterstof draaien. Leeds heeft tot op straatniveau uitgezocht of de stad in zijn geheel kan worden overgezet op waterstof. Vooralsnog gaat het hier om blauwe waterstof.

Gebruik van energie die ‘overblijft’
Als windmolens en zonnepanelen energie opwekken die ze niet gelijk kwijt kunnen, dan zou je die restenergie om kunnen zetten in waterstof. Dat klinkt als een no-brainer. Maar er is wel een aandachtspunt. Fabrieken voor de productie van waterstof zijn alleen financieel aantrekkelijk als ze ook veel draaien. Niet alleen af en toe als er wat energie over is (vooral op zon- en feestdagen als de grootverbruikers in de industrie niet draaien). Grootschalige productie van groene waterstof heeft vooral bestaansrecht als puur en alleen voor dit doel extra wind- en zonneparken zijn gebouwd. Op zich een mogelijkheid natuurlijk, maar we hebben nog heel veel grijze energie in dit land. Alle plannen die er voor het komende decennium liggen aan duurzame energie opwekking in Nederland kunnen alleen al gebruikt worden om de huidige energievraag groen te maken, zonder de 60% verlies van omzetten in waterstof en weer terug omzetten naar energie.

Wel een belangrijke rol
Dat we nog niet genoeg groene waterstof hebben, betekent niet dat waterstof zinloos is. Zo zou je op termijn groene waterstof door de bestaande gasleidingen kunnen distribueren als vervanging van fossiel gas om de leveringszekerheid van de elektriciteitsvoorziening te borgen. En in bepaalde gebieden mogelijk zelfs als alternatief voor gas. Denk aan gebieden met veel monumentale panden waar het moeilijker is om aanpassingen aan de woningen te doen om deze geschikt te maken voor lage temperatuurverwarming. Het aanpassen van een bestaande geïnstalleerde ketel naar waterstof is eenvoudig en kost zo’n € 100.

Het rendement verbetert als we warmtepompen ontwikkelen die direct op waterstof draaien. Die leveren – ook als het steenkoud is – een hoger rendement en geven ook hoge temperaturen af waardoor mensen hun radiatoren niet hoeven te vervangen.

Oh, maar dan kunnen we toch gewoon alle andere duurzaamheidsmaatregelen vergeten en alles straks op waterstof doen?

Niet als dé oplossing zien om niets te doen
Het duurt nog wel even voordat we voldoende groene waterstof hebben om het als serieus alternatief te zien. Een globale rekensom achter in de bus met experts van TVVL op een waterstofreis in Duitsland, leert ons dat we zo’n 2.000 superwindmolens (12MW) nodig hebben om alleen al het aardgas te vervangen dat gebruikt wordt in de huishoudens (8,5 miljard m3). Dat is het dubbele van wat nu tot 2030 in de hele Noordzee gepland is en die windmolens zijn dan niet meer beschikbaar voor elektriciteitsproductie.  

Los van het feit dat het wel even duurt voordat die windmolens gebouwd zijn, is het hier wel belangrijk om even het grote plaatje te bekijken. We zijn namelijk niet de enige kaper op de kust. Als we die waterstof dan hebben wie ‘trekt’ er dan nog meer aan? Ook de industrie en mobiliteit willen het mogelijk gebruiken. We verbruiken in Nederland over alle sectoren bekeken per jaar zo’n 45 miljard m3 gas en 114 miljard kwH aan elektriciteit. De gebouwde omgeving heeft dus wel een belangrijk aandeel in, maar is zeker niet de enige speler. 

Daarbij is de kans dat de gewonnen waterstof eerst naar de mobiliteit gaat niet gering. De zichtbare kosten voor brandstof in mobiliteit zijn namelijk veel hoger. Als voorbeeld: in Duitsland betaal je als gebruiker € 0,33 voor mobiliteit en € 0,05 voor gebouwen. Zonder de hele marktstructuur op zijn kop te zetten is de businesscase in de mobiliteit dan veel sneller rond te krijgen.

Ook de industrie lijkt meer voor de hand liggend. Sommige processen – vooral in de zware industrie – zijn niet te elektrificeren of alleen tegen hele hoge kosten. Denk aan het maken van staal, glas, cement en bakstenen. De benodigde temperatuur is nauwelijks te bereiken met warmtepompen of elektrische ovens. Met waterstof kan het wel. Voor hen heeft waterstof dan ook een grotere waarde als ze van het fossiele gas af willen komen. Kortom: Alle aardgas in de gebouwde omgeving volledig vervangen door groene waterstof is voor de middellange termijn niet haalbaar.

Wat ‘moeten’ we wel doen?
Welk toekomstscenario in de gebouwde omgeving ook van toepassing is (waterstof, warmtenetten, all-electric) het is altijd zinvol onze energievraag te beperken. Wattisduurzaam concludeert dat slecht geïsoleerde huizen die stoken op groene waterstof tot 10 keer meer windenergie verbruiken dan dezelfde huizen na isolatie met een warmtepomp. Dat betekent niet 1 maar 10 windmolens…. Wat zijn daarvan de consequenties? Ook al staan ze op zee of zijn het zonneparken in de Sahara het doet wat met onze leefomgeving en die van anderen. En hebben we daar wel genoeg grondstoffen voor? Bovendien is het nog altijd een kostbare aangelegenheid.

Stop niet met isoleren en het beperken van de energievraag

Stop dus vooral niet met een betere isolatie en het terugbrengen van de energievraag en waar mogelijk over te stappen op lage temperatuur verwarming. Kijk bovendien kritisch naar welke oplossing voor welke wijken het beste toekomstscenario is. De vraag is of je de gasnetten die op kortere termijn aan vervanging toe zijn moet willen vervangen.

Hoewel waterstof op lange termijn dus misschien wel een wonderolie is, is de strijd nog niet gestreden en is het zeker geen reden om af te blijven wachten. Althans - zo is mijn bescheiden mening. Heb je een andere mening of verdere argumenten of onderbouwing, laat het hieronder weten.

Wil je meer weten over waterstof bezoek op 10 april Building Holland waar ik met Henk Willem van Dorp en Jan Willem van de Groep verder in gesprek ga over de (on)mogelijkheden van waterstof op dit moment. Input en vragen voor dit gesprek zijn uiteraard welkom.

Met dank aan: Harm Valk, Ad van Wijk, Jan Willem van de Groep, Thijs ten Brinck, Elien Hagedoorn

[Gepubliceerd op LinkedIn op 11 december - zie hier de reacties]