Wat is groene waterstof nu eigenlijk precies?

Voor een kleurloos gas wordt waterstof in zeer kleurrijke termen beschreven. Tijd om de wondere wereld van deze vorm van energie(opslag) te verklaren.

Bedrijven en branchegroepen komen vaak samen om hun eigen producten te promoten. Veel ongebruikelijker was de stap die vorige maand werd gezet door 10 grote Europese energiebedrijven en twee van de belangrijkste organisaties in de duurzame industrie van het continent, die zich verenigden om een ​​campagne te lanceren waarin een product werd aangeprezen dat geen van hen daadwerkelijk verkoopt. Dat product is hernieuwbare of "groene" waterstof. Ze zien allemaal dat groene waterstof een cruciale rol speelt bij het bereiken van een verregaande decarbonisatie van het energiesysteem. De belangstelling voor groene waterstof stijgt enorm bij grote olie- en gasbedrijven.

Wat is groene waterstof? Een introductie tot het waterstofkleurenpalet

Volgens de nomenclatuur die wordt gebruikt door marktonderzoeksbureau Wood Mackenzie, is de meeste waterstof die al veel als industriële chemische stof wordt gebruikt, ofwel bruin, als het wordt gemaakt door de vergassing van steenkool of bruinkool; of grijs, als het wordt gemaakt door middel van stoommethaanreformatie, waarbij doorgaans aardgas als grondstof wordt gebruikt. Geen van deze processen is nu echt koolstofvriendelijk. Een schonere optie staat bekend als blauwe waterstof, waarbij het gas wordt geproduceerd door stoommethaanreformatie, maar de uitstoot wordt beperkt door het afvangen en opslaan van koolstof. Dit proces zou de hoeveelheid geproduceerde koolstof ruwweg kunnen halveren, maar het is nog verre van emissievrij. Groene waterstof zou daarentegen de uitstoot bijna kunnen elimineren door gebruik te maken van hernieuwbare energie - die steeds overvloediger wordt en vaak wordt gegenereerd op minder ideale tijden - om de elektrolyse van water aan te drijven. Een meer recente toevoeging aan het waterstofproductiepalet is turkoois. Dit wordt geproduceerd door methaan af te breken in waterstof en vaste koolstof met behulp van een proces dat pyrolyse wordt genoemd. Turquoise waterstof lijkt relatief laag in termen van emissies, omdat de koolstof ofwel kan worden begraven of kan worden gebruikt voor industriële processen zoals staalproductie of batterijproductie, zodat het niet in de atmosfeer terechtkomt. Recent onderzoek toont echter aan dat turquoise waterstof waarschijnlijk niet meer koolstofvrij is dan de blauwe variant, vanwege de uitstoot van de aardgasvoorziening en de benodigde proceswarmte.

Hoe wordt groene waterstof gemaakt?

Met elektrolyse heb je alleen water, een grote elektrolyser en een grote hoeveelheid elektriciteit nodig om grote hoeveelheden waterstof te produceren. Komt de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen zoals wind, zon of waterkracht, dan is de waterstof effectief groen; de enige koolstofemissies zijn afkomstig uit die welke zijn opgenomen in de opwekkingsinfrastructuur. De uitdaging op dit moment is dat grote elektrolyzers schaars zijn en dat overvloedige voorraden hernieuwbare elektriciteit nog steeds een aanzienlijke prijs hebben. Vergeleken met meer gevestigde productieprocessen is elektrolyse erg duur, dus de markt voor elektrolyzers was klein. En hoewel de productie van hernieuwbare energie nu groot genoeg is om een eendencurve in Californië en netproblemen in Duitsland te veroorzaken, is overproductie een relatief recente ontwikkeling. De meeste energiemarkten hebben nog steeds behoefte aan voldoende hernieuwbare energie om het net te bedienen.

Hoe wordt groene waterstof opgeslagen en gebruikt?

Theoretisch kun je veel nuttige dingen doen met groene waterstof. Je kunt het toevoegen aan aardgas en het verbranden in thermische energie- of stadsverwarmingsinstallaties. Je kunt het gebruiken als voorloper voor andere energiedragers, van ammoniak tot synthetische koolwaterstoffen, of om direct brandstofcellen in bijvoorbeeld auto's en schepen aan te drijven. Om te beginnen kun je het gewoon gebruiken om de industriële waterstof te vervangen die elk jaar uit aardgas wordt gemaakt en die alleen al in de VS ongeveer 10 miljoen ton bedraagt. Het grootste probleem bij het voldoen aan al deze potentiële markten is om groene waterstof te distribueren naar waar het nodig is. Het opslaan en transporteren van het licht ontvlambare gas is niet eenvoudig; het neemt veel ruimte in beslag en heeft de gewoonte om stalen buizen en lasnaden broos en vatbaar voor scheuren te maken. Hierdoor zijn voor het bulktransport van waterstof speciale pijpleidingen nodig, die duur zouden zijn om te bouwen, die het gas onder druk brengen of tot een vloeistof koelen. Die laatste twee processen zijn energie-intensief en zouden de toch al teleurstellende retourefficiëntie van groene waterstof nog verder beperken.

Waarom is groene waterstof nu opeens zo'n hype?

Een van de wegen naar bijna volledige decarbonisatie is het elektrificeren van het hele energiesysteem en het gebruik van schone, hernieuwbare energie. Maar het elektrificeren van het hele energiesysteem zou moeilijk zijn, of in ieder geval veel duurder zijn dan het combineren van duurzame opwekking met koolstofarme brandstoffen. Groene waterstof is een van de vele potentiële koolstofarme brandstoffen die de plaats kunnen innemen van de huidige fossiele koolwaterstoffen. Toegegeven, waterstof is verre van ideaal als brandstof. De lage dichtheid maakt het moeilijk op te slaan en te verplaatsen. En de ontvlambaarheid ervan kan een probleem zijn, zoals een ontploffing van een Noors waterstoftankstation in juni 2019 benadrukte. Maar ook andere koolstofarme brandstoffen hebben problemen, niet in de laatste plaats de kosten. En aangezien de meeste van hen de productie van groene waterstof als voorloper vereisen, waarom dan niet gewoon bij het originele product blijven? Voorstanders wijzen erop dat waterstof al veel wordt gebruikt door de industrie, dus technische problemen met opslag en transport zijn waarschijnlijk niet onoverkomelijk. Bovendien is het gas potentieel zeer veelzijdig, met mogelijke toepassingen in gebieden variërend van verwarming en langdurige energieopslag tot transport. De mogelijkheid om groene waterstof in een breed scala van sectoren toe te passen, betekent dat er een overeenkomstig groot aantal bedrijven is dat zou kunnen profiteren van een snel groeiend waterstofbrandstofverbruik. Hiervan zijn misschien wel de belangrijkste de olie- en gasbedrijven die steeds vaker worden geconfronteerd met oproepen om te bezuinigen op de productie van fossiele brandstoffen. Verschillende grote oliebedrijven behoren tot de spelers die strijden om de polepositie in de ontwikkeling van groene waterstof. Zo bevestigde Shell Nederland in mei dat het de krachten heeft gebundeld met energiebedrijf Eneco om te bieden op capaciteit in de nieuwste Nederlandse offshore windtender, zodat het een recordbrekend waterstofcluster in Nederland kan creëren. Dagen later onthulde BP's zonne-ontwikkelaar Lightsource BP dat het bezig was met de ontwikkeling van een Australische groene waterstoffabriek aangedreven door 1,5 gigawatt aan wind- en zonnecapaciteit. De interesse van Big Oil in groene waterstof kan van cruciaal belang zijn om de brandstof commercieel levensvatbaar te maken. Het verlagen van de kosten van de productie van groene waterstof vereist enorme investeringen en grootschalige schaalvergroting, iets wat de oliemaatschappijen in een unieke positie kan brengen.

Hoeveel kost het produceren van groene waterstof?

Groene waterstof is vandaag de dag nog steeds duur om te produceren. In een vorig jaar gepubliceerd rapport (met gegevens uit 2018) schatte het International Energy Agency de kosten van groene waterstof op $ 3 tot $ 7,50 per kilo, vergeleken met $ 0,90 tot $ 3,20 voor productie met behulp van stoommethaanreformatie. Het verlagen van de kosten van elektrolyzers zal van cruciaal belang zijn om de prijs van groene waterstof te verlagen, maar dat zal tijd en schaal vergen. De kosten van elektrolyzers zouden tegen 2040 met de helft kunnen dalen, stelde het IEA. De business case voor groene waterstof vereist zeer grote hoeveelheden goedkope duurzame elektriciteit omdat er bij elektrolyse een behoorlijke hoeveelheid verloren gaat. De efficiëntie van de elektrolyse varieert volgens Shell van ongeveer 60 tot 80 procent. De efficiëntie-uitdaging wordt nog verergerd door het feit dat voor veel toepassingen groene waterstof nodig kan zijn om een ​​brandstofcel van stroom te voorzien, wat tot verdere verliezen leidt. Sommige waarnemers hebben getheoretiseerd dat de productie van groene waterstof de overtollige capaciteit van hernieuwbare energie van grote productiecentra, zoals de offshore windparken van Europa, zou kunnen opruimen. Gezien de nog steeds hoge kosten van elektrolyzers, is het echter de vraag of projectontwikkelaars voor groene waterstof bereid zouden zijn hun elektrolysers stil te laten staan ​​totdat de prijzen van hernieuwbare energie onder een bepaald niveau dalen. Het is waarschijnlijker dat, zoals al wordt overwogen door Lightsource BP en Shell, ontwikkelaars groene waterstofproductie-installaties zullen bouwen met speciale activa voor het opwekken van hernieuwbare energie op locaties met veel hulpbronnen.

Wie is op dit moment leidend in de productie van groene waterstof?

Groene waterstof lijkt op dit moment in ieders gedachten te zijn, met minstens 10 landen die naar het gas kijken voor toekomstige energiezekerheid en mogelijke export. Het land dat meest recent op de kar springt, is Portugal, dat in mei een nationale waterstofstrategie onthulde die naar verluidt 7 miljard euro zou kosten tot 2030. Naast olie- en gasbedrijven zien ontwikkelaars van hernieuwbare energie groene waterstof als een opkomende markt, waarbij offshore windleider Ørsted vorige maand het eerste grote project aankondigde dat exclusief gericht was op de transportsector. Naast zulke grote namen hoopt een groot aantal kleinere bedrijven een deel van de groeiende groene waterstoftaart te pakken te krijgen. Bedrijven zoals ITM Power zijn vandaag misschien niet zo bekend, maar als groene waterstof een fractie van zijn belofte waarmaakt, kan het ooit enorm worden.

Van groot belang zijn de initiatieven die particuliere beleggers bewegen om te investeren in groene waterstof, liefst gecombineerd met investering in duurzame energieopwekking. Bijvoorbeeld met FutureEnergyFund kan ook zelf direct worden geïnvesteerd in de ontwikkeling van groene waterstof, gecombineerd met beleggen in wind en solar in Duitsland. In FutureEnergyForAll is dit zelfs al mogelijk vanaf €1.000,-.

Bron: Greentech Media