Waterstof als aanjager van de energietransitie

Het is rustig in Rozenburg. In de verte braken de pijpen van de Botlek witte wolken uit. Naast een voetbalveld van FC Blankenburg staat een niet al te grote blauwe container. Binnen doen acht elektrolysers geruisloos hun werk. Zij zetten water met behulp van groene stroom om in waterstof. Dat is de brandstof voor drie gewone cv-ketels, die zijn aangepast: ze doen hun werk - water verwarmen - nu op waterstof. De ketels hangen in het ‘ketelhuis’ van een naastgelegen flatgebouw van Ressort Wonen.

Met ferme tred loopt Albert van der Molen van netbeheerder Stedin over het voetbalveldje naar het ketelhuis. De opstelling met de elektrolysers die de ketels bedienen, is een proef; Stedin wil aantonen dat waterstof in de bebouwde omgeving uitstekend als brandstof te gebruiken is.

Hij vertelt, al lopende, dat inmiddels uit heel Nederland en soms zelfs uit het buitenland mensen naar het proefproject zijn komen kijken. In de ruimte onder het appartementencomplex hangen de drie op waterstof gestookte ketels gebroederlijk naast elkaar. ,,Onder de grond lopen gewone gasleidingen naar de drie cv-installaties. In deze pilot maken we voor het transport van waterstof gebruik van een bestaande aardgasleiding waaraan niets is aangepast.’'

Technisch is het geen rocket science om een cv-installatie op waterstof te laten branden, maar naar goed Nederlands gebruik is eerst een uitgebreide test nodig. Van der Molen: ,,Deze drie installaties van drie verschillende aanbieders (Bekaert, Remeha en GasTerra/DNV GL, red.) zijn in bedrijf. De daarbij geproduceerde warmte laten we uiteraard niet verloren gaan: die geven we cadeau aan de grote gemeenschappelijke, op aardgas gestookte cv-ketel die alle appartementen van warmte voorziet.’'

Wordt waterstof (H2) de heilige graal, het tovermolecuul van de energietransitie in en om het huis? Als je naar de Stedin-man luistert, ziet hij de toepassing slechts in woningen die ver van warmtenetten af liggen. Hij haalt als voorbeeld Stad aan ‘t Haringvliet aan. Dit op Goeree-Overflakkee gelegen dorpje met 1400 inwoners, schuin tegenover het eiland Tiengemeten en onder de rook van Rotterdam, onderzoekt of het mogelijk is om in 2025 de overstap te maken van aardgas naar waterstof.

,,Waterstof is daar een uitkomst voor het verwarmen van water’', legt Van der Molen uit. ,,Het is namelijk totaal niet rendabel om het dorp aan te sluiten op een warmtenet. We hebben onderzoek gedaan en waterstofgas is een aantrekkelijke optie voor Stad aan ‘t Haringvliet. Zo zijn de gasleidingen er jong en de maatschappelijke kosten lager dan bij een ander scenario.’'

Jörg Gigler is directeur TKI Nieuw Gas, onderdeel van Topsector Energie, dat kennisinstellingen en bedrijven helpt met het ontwikkelen van alternatieven voor aardgas. Hij stelt dat waterstof onmisbaar is in een klimaatneutrale economie en vult het verhaal van Van der Molen aan: ,,Waterstof als brandstof voor Stad aan ‘t Haringvliet is een goede mogelijkheid, omdat overstappen naar all-electric niet aantrekkelijk is. De woningen zijn niet genoeg geïsoleerd en dan is een elektrische warmtepomp minder geschikt.”

Het college van Rotterdam heeft afgelopen maart aangegeven dat waterstof een alternatief is, maar dat in eerste instantie wordt getracht woningen aan te sluiten op restwarmte van de industrie.

De witte damp uit de schoorstenen van de Botlek, daar voorbij het voetbalveldje op Rozenburg, zitten barstensvol CO2. Doel van de energietransitie is echter dat de Rotterdamse haven in 2050 CO2-neutraal is. Waterstof speelt daarbij een sleutelrol.

Wat niet veel mensen weten is dat waterstof een uiterst belangrijke grondstof is voor de chemische industrie in de Botlek en Europoort. Zo vervaardigen de industriële gasconcerns Air Products en Air Liquide waterstof in zogenoemde reformers. Onder zeer hoge temperatuur worden aardgas en stoom ‘gemixt’ met als resultaat waterstof en ook koolstofdioxide (CO2). Met leidingen gaat het waterstofgas naar onder andere olieraffinaderijen die het gebruiken om schonere brandstoffen met een lager zwavelgehalte te produceren.

In grote hoeveelheden is waterstof uitstekend geschikt als grondstof voor allerlei chemische processen, legt Jörg Gigler uit. ,,Het is een grondstof voor plastics voor het maken van PET-flesjes, coatings en ook ammoniak, de basis voor kunstmest. Maar het merendeel van die waterstof noemen we grijze waterstof, omdat er fossiele grondstoffen als aardgas voor worden gebruikt en de vrijkomende CO2 in de lucht belandt. Kennisinstellingen, bedrijven en Havenbedrijf Rotterdam zijn daarom bezig de komende decennia de vervaardiging van waterstof te vergroenen. De eerste stap is blauwe waterstof, waarin koolstofdioxide niet de lucht in gaat maar wordt opgeslagen onder de Noordzee en bijvoorbeeld naar de kassen in het Westland gaat.’'

,,Niet alle industriële processen kun je elektrisch maken. Voor het bereiken van hoge temperaturen, boven de 500 graden Celsius, is stroom nog niet te gebruiken. Waterstof is daarvoor een ideaal gas. Alleen moeten we de productie van waterstof vergroenen’', vertelt Krekt, die verantwoordelijk is voor het klimaatprogramma van Deltalinqs. ,,Op 2 juli presenteerden we het resultaat van H-vision. Zestien partijen tonen in H-vision aan dat de productie van blauwe waterstof al vóór 2030 een feit kan zijn. We verlagen dan niet alleen snel de CO2-uitstoot, maar zijn ook wegbereider van de toekomstige groene-waterstofeconomie.’'

Op het vlak van groene waterstof hebben het Havenbedrijf, BP en Nouryon (het vroegere AkzoNobel Specialty Chemicals) elkaar gevonden. De drie onderzoeken de mogelijkheden voor de productie van groene waterstof voor de BP-raffinaderij in Rotterdam. Het gaat om een fabriek die 45.000 ton groene waterstof per jaar produceert, de grootste in zijn soort in Europa.

Verder onderzoekt het Havenbedrijf Rotterdam of er een speciale leiding in het havengebied kan worden aangelegd voor het transport van waterstof. Deze zogenoemde ringleiding verbindt fabrieken die waterstof gebruiken en produceren. Daarnaast wil het Havenbedrijf een speciaal bedrijfsterrein ontwikkelen voor de bouw van elektrolysers - die waterstof maken - met een vermogen van 2 GW (gigawatt). ,,Het idee is om deze waterstoffabriek rechtstreeks te verbinden met een speciaal daarvoor gebouwd windpark op zee’', legt Sjaak Poppe van het Havenbedrijf uit. ,,Hoeveel molens heb je dan nodig? Dat zijn tweehonderd windmolens van 10 MW (megawatt, red.), of 167 stuks van het exemplaar van GE dat nu wordt gebouwd om proef te draaien. Die is 260 meter hoog en heeft een vermogen van 12 MW.’'

Maar op de achtergrond speelt het kip-of-ei-probleem. Het aantal tankstations in Nederland is op één hand te tellen - in het Rijnmondgebied heeft alleen Air Liquide in Rhoon er één. Volgens de ANWB zijn er momenteel slechts vier in Nederland. De verwachting is wel dat het aantal waterstoftankstations binnenkort zal groeien. Waterstofprofessor Ad van Wijk van de TU Delft maakte daar in de media ooit een sarcastische opmerking over: ,,In Nederland zetten we dan één tankstationnetje, in een weiland. Als we zo denken, gaat het nooit lukken.’'

De productie van auto’s is ook nog niet om over naar huis te schrijven. Er zijn slechts twee merken die betaalbare waterstofauto’s leveren, Hyundai en Toyota. Jörg Gigler kent een van de oorzaken: de Olympische Spelen van 2020 in Japan. ,,Dat worden de waterstofspelen. De grote automerken Hyundai en Toyota bouwen de auto’s voor de stad Tokyo. Er komen daardoor de komende periode weinig waterstofauto’s naar Nederland. Daarna zal het veranderen. De leasemarkt, langeafstandvervoerders en gemeenten zullen deze markt de komende decennia op gang brengen. Het is interessant om een vuilnis- en veegwagen uit te rusten met een waterstofmotor.’'

Waterstof produceren op de Noordzee – er zijn allerlei plannen voor. Mooie, lekker wilde plannen. Zo werkt Havenbedrijf Rotterdam mee aan de ontwikkeling van de North Sea Wind Power Hub, een reeks eilanden of betonnen constructies op zee. De bedoeling is een deel van de enorme hoeveelheid groene stroom die offshore windmolenparken opwekken, via elektrolysers direct en ter plekke om te zetten in waterstof. Het scheelt bijvoorbeeld in de aanleg van kostbare elektriciteitskabels tussen de windparken, die steeds verder op de Noordzee komen. 

Het meest concrete plan voor de productie van waterstof op zee: de bouw van een waterstoffabriekje met een capaciteit van 1 MW (megawatt) op een gasplatform van Neptune Energy. Dit ligt 13 kilometer uit de kust boven Hoek van Holland. De planning is om volgend jaar een elektrolyser op het platform te plaatsen waarmee 500 liter zeewater per uur wordt omgezet in 4000 kubieke meter waterstof per dag. De productie van één dag waterstof kan een huis een jaar warm houden. Groene windenergie die via een kabel vanaf land komt, drijft de elektrolyser aan. De waterstof wordt vermengd met aardgas, en uiteindelijk verstookt door de industrie op de Maasvlakte. Die bijmenging levert daar op jaarbasis een besparing op van 930 ton CO2.

Waterstof is in het heelal het kleinste en lichtste maar ook meest voorkomende molecuul. Wat bedoelen we met grijs, blauw en groen? Op dit moment benutten wij grijze waterstof. Die wordt verkregen vanuit aardgas, fossiel dus. Daar verminderen we de uitstoot niet mee. Tussen grijs en blauw is maar één verschil: bij de winning van blauw komt geen CO2 vrij in de lucht omdat die wordt opgeslagen in lege gasvelden op de Noordzee of wordt hergebruikt, bijvoorbeeld in de glastuinbouw. Groene waterstof win je via elektrolyse, een proces waarbij je water splitst in waterstof en zuurstof door toediening van elektrische stroom. Die gelijkstroom kun je groen opwekken door middel van zonnecellen of windmolens.

1) Geld. Daar is veel van nodig van de kant van overheid en bedrijfsleven. Zo kosten de totale investeringen voor H-vision, de ontwikkeling van blauwe waterstof, al een kleine 2 miljard euro.

2) Wetgeving, zoals de Gaswet, moet worden aangepast.

3) Maatschappelijke acceptatie. Bijvoorbeeld: opslaan van CO2 onder de Noordzee, willen we dat?

4) Techniek. Die zal zich verder moeten ontwikkelen om de bouw van heel grote installaties mogelijk te maken.

5) Het aantal windmolen- en zonnecelparken. Er zal nog veel gebouwd moeten worden. Er is namelijk heel veel groene stroom nodig om groene waterstof te maken.

Jules Verne noemt in 1874 in zijn roman L’Île mystérieuse waterstof als de energiedrager 1874 van de toekomst.

Waterstof en aardgas zijn vrijwel geurloos. Voor de veiligheid wordt aan aardgas een geurstof toegevoegd, zodat je het kunt ruiken. Dat zal bij waterstof ook moeten gebeuren.

De maximale vlamtemperatuur van waterstof is 2073° C, die van methaan 1768. Een waterstofvlam is dus 305 graden heter. Methaan is het hoofd2073 bestanddeel van aardgas.

Als je stroom omzet naar waterstof, kun je beter bufferen. Bij flinke wind is er te veel stroom om op het hoogspanningsnet op te slaan en opslag in batterijen is maar heel beperkt mogelijk. Maar heb je waterstof, dan kun je die opslaan in de infrastructuur, tanks en schepen. Het heeft als voordeel dat we bij een ‘Russische Beer’, een extreem koude winterperiode door aanvoer uit Siberië, een buffer hebben om huizen te verwarmen.

Waterstof opslaan als poeder, het kan! Met de H2Fuel-technologie van Plant One. Zo kun je het bewaren en vervoeren. Uit 0,5 gram poeder ‘maak’ je een liter waterstof.

Dit artikel is mogelijk gemaakt in samenwerking met Eneco Deltalinqs, gemeente Rotterdam, Havenbedrijf Rotterdam, Hogeschool Rotterdam en Woonstad Rotterdam en valt buiten de verantwoordelijkheid van de redactie.