In deze longread leest u alles over waterstof. Een eenvoudig molecuul met grote potentie. We laten hier zien wat waterstof is, hoe het wordt gemaakt, getransporteerd en opgeslagen. En vooral: hoe CO₂-neutrale waterstof ons kan helpen in de transitie naar een CO₂-neutrale energievoorziening.
Het verhaal van waterstof
Jules Verne voorzag het al in 1874. In zijn boek ‘Het Geheimzinnige Eiland’ omschreef hij een maatschappij die draait op energie uit waterstof. De veranderingen die nu in onze energievoorziening nodig zijn, brengen deze wereld dichterbij dan ooit.
Slimmer omgaan met onze energie. In grote lijnen weten we in Nederland best goed waarom dat moet. Klimaatdoelen, afnemende nationale aardgasproductie, groeiende Europese importafhankelijkheid, en simpelweg het beheersen van onze energierekening zijn redenen waarom we onze energievoorziening anders moeten inrichten. Met minder CO₂, meer duurzame energie én het koppelen van verschillende energiesystemen en -netwerken. Alleen zo zorgen we ervoor dat onze energie ook in de toekomst betrouwbaar en betaalbaar blijft. Maar, hoe komen we aan voldoende hernieuwbare energie als zon en wind even ontoereikend blijken? En hoe versmelten we bestaande energievormen tot een duurzaam energiesysteem? Er is dus stof tot nadenken.
Bouwsteen waterstof
Waterstof kan wel eens dé essentiële schakel worden in ons toekomstige, duurzame energiesysteem. Het is bijvoorbeeld breed inzetbaar in de industrie, als grondstof of brandstof zonder dat bij de toepassing CO₂ vrijkomt. Zo kun je met waterstof de hoge temperaturen bereiken die nodig zijn voor bijvoorbeeld gieterijen of voor de productie van glas en keramiek. En er zijn de directe toepassingen in mobiliteit en als biobrandstof voor lucht- en scheepvaart. Daarnaast kan waterstof ingezet worden om elektriciteit te produceren. Omdat waterstof relatief gemakkelijk en goedkoop kan worden opgeslagen, kan dat op momenten wanneer wind en zon niet kunnen voldoen aan de vraag naar elektriciteit.
Dé essentiële schakel in ons toekomstig, duurzaam energiesysteem
Waterstof is dus een duurzame optie als grondstof, brandstof én energiedrager. Dus waarom zetten we CO₂-vrije waterstof nog maar mondjesmaat in?
Waterstof (H₂) komt op aarde bijna niet in geïsoleerde vorm voor. Je moet het uit componenten halen die waterstofelementen bevatten, bijvoorbeeld uit water (H₂O) of uit methaan (CH₄). Daarvoor bestaan allerlei productiemethoden, maar die kosten geld en energie. En bij productie uit fossiele bronnen komt er CO₂ vrij, terwijl we dat juist willen voorkomen.
Elektrolyse
Het is echter ook mogelijk om waterstof zonder CO₂-uitstoot te produceren. Door water in contact te brengen met elektriciteit, kan water worden gesplitst in zuurstof en waterstof. En als hiervoor uitsluitend duurzaam opgewekte elektriciteit wordt gebruikt, is er geen sprake van CO₂-uitstoot. Om deze productiemethode te verkennen, wordt er in de praktijk al gewerkt in enkele elektrolyseprojecten. Zo opende koning Willem Alexander op 26 juni 2019 HyStock, met 1 Megawatt Nederlands grootste elektrolyse-installatie. Ook is er vooronderzoek gaande naar de bouw van een elektrolysefabriek met een capaciteit van 1 gigawatt. En er worden mogelijkheden verkend voor elektrolyse op de Noordzee, dicht bij de productielocaties van duurzame elektriciteit.
De kosten van elektrolyse-units zijn echter nog hoog en ook de schaal van de installaties is nog te klein. Toch kunnen we deze uitdagingen rondom waterstoftoepassingen de komende jaren overbruggen. Maar er zijn meer aspecten om te beoordelen. Denk aan de veiligheid, het prijskaartje en het samenspel met duurzame elektriciteit.
Natuurlijk verdient onze veiligheid extra nadrukkelijke aandacht. H₂ klinkt als een sympathiek stofje dat graag verbindingen maakt. Maar waterstof is ook licht ontvlambaar, explosiever dan aardgas en als het brandt zijn de vlammen bijna niet zichtbaar. Afhankelijk van bijvoorbeeld de schaal, de omgeving en de conversiekeuzes (waterstof onder druk bewaren, vloeibaar maken of omzetten naar bijvoorbeeld ammoniak) gelden andere aandachtspunten voor veiligheid. Hierbij dient te worden opgemerkt dat Nederland veel ervaring heeft met grootschalige inzet van gassen en de daarbij behorende veiligheid.
De kostprijs van CO₂-neutrale waterstof is nu nog hoog. Ondanks de vele potentiële toepassingsgebieden weten we nog niet precies hoe de vraag zich zal ontwikkelen. Er is brede stimulering nodig om de eerste grootschalige elektrolysefaciliteiten te ontwikkelen. Ook moet de vraag naar CO₂-neutrale waterstof een duwtje in de rug krijgen: noodzakelijk voor de prijsontwikkeling en het geeft partijen het vertrouwen om over te stappen op dit type waterstof en te investeren in landelijke infrastructuur en opslag.
Voor CO₂-neutrale waterstofproductie is veel meer duurzame elektriciteit nodig
Tot slot zal er voor CO₂-neutrale waterstofproductie nog veel meer duurzame elektriciteit nodig zijn. Dit vraagt om een bloeiende ontwikkeling van (offshore) wind- en zonneparken. Waar tijdens de ontwikkeling meteen ook ruimte wordt gereserveerd voor conversie en transport van waterstof.
Kansen
De keuze voor CO₂-neutrale biedt ons nieuwe kansen. Studies uit binnen- en buitenland wijzen erop dat waterstof een onmisbaar element is in een betaalbare, duurzame en betrouwbare energievoorziening. Hoe zit dat?
Waterstof kan op uiteenlopende manieren bijdragen aan de energietransitie. Zo kan H₂ dienen als duurzame grondstof voor de (petro)chemische industrie, maar ook (zoals eerder genoemd) als alternatieve brandstof voor zwaar-industriële processen met hoge temperaturen. Bovendien kan waterstof bijdragen aan de levering van warmte en aan de verduurzaming van bijvoorbeeld zwaar vrachtverkeer, commerciële scheepvaart en vliegverkeer.
Het is minstens zo interessant om te zien hoe CO₂-neutrale waterstof knelpunten kan ondervangen bij de vorming van een nieuwe duurzame energievoorziening. Als er even geen wind- of zonne-energie is, moeten we snel kunnen bijschakelen vanuit andere bronnen. Ook tijdens koude perioden met een hoge energievraag. Fossiele bronnen als aardgas hebben daarbij niet de voorkeur. Dan is CO₂-neutrale waterstof een goed alternatief, juist ook omdat we het tegen beperkte kosten kunnen opslaan. Die eigenschap komt ook van pas in perioden met een overaanbod van zon- en windenergie. Is er meer elektriciteit dan er gevraagd wordt? Opslag in waterstof biedt uitkomst.
Tot slot is waterstof aantrekkelijk vanwege de mogelijkheden voor transport en distributie. In grote volumes is energie in de vorm van waterstof namelijk veel goedkoper te transporteren dan elektriciteit. Bovendien lopen we met ons elektriciteitsnetwerk op termijn tegen beperkingen aan.
Gidsland
Nederland is goed toegerust om een gidsland te worden op het gebied van CO₂-neutrale waterstof. Ons land is na Duitsland de grootste producent van uit fossiele bronnen geproduceerd waterstof in Europa. In onze chemische industrie wordt waterstof al jarenlang gebruikt en dankzij vele initiatieven, projecten en onderzoeken is er sprake van een steile leercurve. De potentiële vraag naar CO₂-neutrale waterstof in de industriële clusters is groot en als extraatje ligt er al een landelijk dekkende aardgasinfrastructuur, waarvan een deel relatief eenvoudig omgebouwd kan worden tot een waterstofnetwerk. Hét fundament voor een duurzaam energiesysteem dat aanbod, vraag en opslag van waterstof met elkaar verbindt.
Stof tot nadenken
Welke plek CO₂-neutrale waterstof zal verwerven, zal onder meer afhangen van politieke steun, de weerbarstigheid van de praktijk, het vertrouwen in mogelijkheden én het lef om te innoveren en te investeren. Maar vooral ook van de beschikbaarheid van gedetailleerde informatie om tot doordachte vervolgstappen te komen. Dat vraagt om een eerlijk, veelomvattend en verdiepend verhaal over waterstof. Een verhaal waarin we u graag meenemen.
