You are here

Duurzame toepassingen: Waterstof

Stroom kan niet alleen duurzaam worden opgewekt, maar ook duurzaam worden opgeslagen of toegepast. In dit artikel bekijken we de toekomst van waterstof. Waterstof wordt vaak genoemd als de grote toekomstige energie-oplossing. Maar is waterstof echt een goede oplossing voor de verduurzaming van onze energievoorziening? Hier vind je antwoord op vragen als:

Kan waterstof ons helpen tijdens en na de energietransitie?

Allereerst moeten we goed beseffen dat waterstof een energiedrager is, geen energiebron. Dat betekent dat je in waterstof slechts energie kunt opslaan, die met iets anders is opgewekt. Dit proces wordt ook wel 'power-to-gas' genoemd. Door middel van elektrolyse wordt 2 H2O omgezet in 2 H2 + O2. Als we duurzame waterstof willen gebruiken, moeten we die eerst opwekken met een duurzame bron, zoals wind of zon. De hele route ziet er dan zo uit als in het plaatje hieronder.

Dit is de route om waterstof in te zetten voor onze stroomvoorziening: Eerst wordt met wind- of zonenergie middels elektrolyse waterstof gemaakt, waarna een elektriciteitscentrale er weer stroom van maakt. Waterstof fungeert op deze manier als een soort batterij. Deze hele route langsgaan is inefficiënt en duur. Het is veel beter om duurzame elektriciteit direct uit wind of zon te halen. Daarom is het geen goed idee om gasgestookte elektriciteitscentrales nu al om te bouwen tot waterstofcentrales, we kunnen veel beter zonne-energie en windenergie direct gebruiken!

Waterstof kan wel behulpzaam zijn voor de momenten dat het niet waait en de zon niet schijnt, maar is alleen efficiënt als het geproduceerd is op momenten waarop er een overschot is aan duurzame energie. Op dit moment is dit nog niet vaak aan de orde, maar in de toekomst zal dit steeds vaker het geval gaan worden. Als er voldoende duurzame waterstof gemaakt wordt, kunnen we onze gascentrales mogelijk wel ombouwen tot waterstofcentrales. Die worden dan alleen nog gebruikt als er te weinig wind en zon is om in ons elektriciteitsverbruik te voorzien.

Is waterstof de energiedrager van de toekomst?

Zoals hierboven al beschreven staat, komt duurzame waterstof uit duurzame stroom, en is het efficiënter om die stroom direct te gebruiken, ook in de toekomst. Waterstof is enkel een duurzaam alternatief als er überhaupt genoeg duurzame energie wordt opgewekt, dus dat heeft prioriteit. De techniek en toepassingen van waterstof kunnen in sommige opzichten interessant zijn maar dit is nog toekomstmuziek. Neem bijvoorbeeld de elektrische auto. Met die duurzame stroom kun je direct een elektrische auto laten rijden met een hoge efficiëntie. Een waterstofauto is minder energie-efficiënt (dat geldt zowel voor een verbrandingsmotor op waterstof als voor een brandstofcel met elektromotor), en daarbij moet de waterstof eerst geproduceerd worden met elektrolyse, wat ook weer energie kost. Zolang er dus geen  overschot van duurzame energie is, is het beter om de auto niet op waterstof te laten rijden. Mocht dit in de toekomst veranderen, dan kan een waterstof auto interessant worden, omdat je er misschien langere afstanden mee kan afleggen dan met de huidige batterij. Maar ook de batterij-technologie zal zich ontwikkelen; dit zal beter en goedkoper worden.

Ook voor ruimteverwarming is het meestal beter om elektriciteit direct te gebruiken dan om de waterstofroute te doorlopen. Een warmtepomp, die elektriciteit direct gebruikt, is namelijk ongeveer vier keer efficiënter dan een CV, die waterstof kan gebruiken. Tenslotte kan ook de industrie grotendeels efficiënter (deels) elektrificeren dan overgaan op waterstof, als dit mogelijk is in het specifieke industriële proces. Slechts voor enkele sectoren, zoals de lucht-en scheepvaart zou waterstof eventueel een oplossing zijn, omdat daar op dit moment nog geen duurzaam alternatief voor is.

Waterstof voor basislast (Het niet-fluctuerende gedeelte van de elektriciteitsvraag en de daarmee samenhangende productie) is meestal dus geen goed idee, maar wordt wel vaak gebruikt als excuus: waterstof is de toekomst en daarom hoeven we nu niets te doen. WISE vindt echter dat we nu de energietransitie in gang moeten zetten met de meest efficiënte middelen die we hebben! Meestal is dat niet waterstof.

Als we echter op de lange termijn, bijvoorbeeld vanaf 2030, een overschot hebben aan duurzame elektriciteit, kunnen we wel overwegen om dat op te slaan in de vorm van waterstof, of om elders geproduceerde duurzame waterstof te importeren. Daar kunnen we dan bijvoorbeeld onze omgebouwde gascentrales op laten draaien op momenten dat de wind niet waait en de zon niet schijnt, zodat we dan geen aardgas, biomassa of CO2-opslag meer nodig hebben. Ook voor sommige industriële toepassingen, die bijvoorbeeld erg hoge temperaturen nodig hebben, kan waterstof een oplossing zijn. De kosten van waterstof moeten hier echter nog wel enorm voor dalen.

Kortom:

  • Waterstof is niet de energiedrager van de toekomst.
  • Waterstof is wel een manier om duurzame energie op te slaan, als we in de toekomst een overschot hebben.
  • Waterstof of andere opslagmethoden zouden in de toekomst wel een rol kunnen vervullen, mits de prijs sterk gedaald is. Deze rol is alleen voor piekvermogen, niet voor basislast.

Hoe duurzaam is waterstof?

Waterstof is zo duurzaam als de stroom die is gebruikt om het te produceren. Als dat wind- en zonne-energie is, kan waterstof erg duurzaam zijn. Echter, de huidige waterstof wordt geproduceerd uit fossiele brandstof, omdat dat op dit moment de goedkoopste optie is. Uiteraard is deze waterstof dus helemaal niet duurzaam!

Zelfs als duurzame energie gebruikt wordt bij waterstofproductie, zijn er wel andere aandachtspunten voor het milieu. Waterstof is een zeer klein molecuul. Daarom kan het relatief makkelijk ontsnappen, vooral als het opgeslagen wordt in poreuze stoffen. Eenmaal ontsnapt, draagt het bij aan het broeikaseffect. Als het hele fossiele energiesysteem zou overstappen op waterstof en 10% hiervan ontsnapt, zou dit voor 6% van de huidige klimaatimpact van fossiele brandstoffen zorgen.

Een ander milieu-aandachtspunt is dat er naast energie ook zoet water nodig is om waterstof te produceren. Als er grootschalig waterstof geproduceerd zou worden in bijvoorbeeld de Sahara, zou dit zeker gevolgen hebben voor de lokale watervoorziening. Een andere manier van energieopslag zou dan beter zijn.

Waterstof kan dus duurzaam zijn, maar er moet dan wel gelet worden op:

  • De energie die gebruikt wordt bij de productie: er moet lokaal een overschot zijn aan duurzame elektriciteit.
  • De opslag: er mag niet te veel waterstof weglekken.
  • De watervoorziening in het producerende land: die mag niet in gevaar komen.

Wat kost duurzame waterstof?

Duurzame waterstof wordt op dit moment niet grootschalig geproduceerd, omdat het zo duur is. In een studie van IREAN zijn de kosten geschat voor grootschalige duurzame productie van waterstof in de Arabische Emiraten. Dat is één van de goedkoopste plaatsen ter wereld om duurzame stroom op te wekken omdat er veel zon is en een goede infrastructuur. De uitkomst is dat duurzame waterstof op dit moment ongeveer 13-16 $/kg zou kosten, of 39 €/kWh. Dat is ongeveer 40 keer zo duur als aardgas, en ongeveer 8 keer zo duur als windstroom (voor dezelfde energie-inhoud, uitgaande van 5 €ct/kWh voor windstroom). Veel te duur dus.

Wordt waterstof in de toekomst niet veel goedkoper, net zoals dat met andere energiebronnen is gebeurd? In dezelfde studie worden ook targets genoemd voor Japan, de VS en Europa van respectievelijk 3 $/kg (in 2030), 5 $/kg en 7 $/kg (19 €ct/kWh). Met dat laatste Europese target zou waterstof nog steeds 20 keer zo duur zijn als aardgas en bijna vier keer zo duur als windstroom. Of deze targets gehaald worden staat bovendien nog niet vast. Het zal in grote mate afhangen van het al dan niet snel en grootschalig implementeren van waterstof. Wel zou waterstof, als deze targets gehaald worden, mogelijk interessant kunnen worden voor piekverbruik.

In Nederland zou waterstof opwekken een optie zijn als we zoveel wind- en zonne-energie hebben dat we goedkope duurzame energie over hebben als het waait en de zon schijnt. Nadeel is echter dat een elektrolyse-apparaat een groot deel van de tijd niets te doen zou hebben, als er geen overschot aan elektriciteit is. Hierdoor kunnen de kosten van dit apparaat moeilijker terugverdiend worden. Hierdoor is ook deze optie niet per se goedkoper dan het importeren van waterstof uit de meest gunstige gebieden.

Ook opslag van waterstof is niet goedkoop, vooral seizoensopslag niet. Volgens deze studie kost een opslagtank ongeveer 15 euro/kWh als er geproduceerd zou worden in bulken. Hoeveel de waterstof bij gebruik door deze opslag daadwerkelijk duurder wordt, hangt erg af van de opslagtermijn. Bij een terugverdientijd van het opslagsysteem van 10 jaar zou seizoensopslag (één cyclus per jaar) 150 €ct/kWh kosten. Enorm duur dus. Opslag in dezelfde tank om dag/nacht-fluctuaties op te vangen lijkt realistischer: als er 150 cycli per jaar gehaald zouden worden, zou dit ongeveer 1 €ct/kWh kosten voor alleen de opslag.

Wat vindt WISE van waterstof?

Waterstof kan interessant zijn om in de toekomst piekvermogen te leveren. Ook is het interessant voor sommige processen in de industrie waarvoor geen elektrisch alternatief bestaat, zoals lucht-en scheepvaart. WISE is dan ook voorstander van onderzoek en ontwikkeling van dit soort waterstofoplossingen.

Voor automobiliteit en de gebouwde omgeving ziet WISE geen grote toekomst weggelegd voor waterstof, omdat het veel minder efficiënt is als elektriciteit. Ook daar geldt dat waterstof niet als excuus gebruikt moet worden om reële, duurzame, betaalbare en op dit moment implementeerbare oplossingen als de elektrische auto en de warmtepomp, niet te hoeven doorvoeren.

Voor basislast is waterstof geen haalbare oplossing, omdat het energetisch te inefficiënt en te duur is. Het kan de concurrentie met duurzame elektriciteit niet aan en er bestaan efficiëntere alternatieven voor opslag. Waterstof is dus geen wondermiddel zoals sommigen beweren en we moeten sowieso eerst elektriciteit duurzaam opwekken.

Lees ook onze andere stroomdossiers: