Overstappen op ­waterstof is nog grotendeels ­kip-en-ei-vraagstuk

Langeraar: ‘Duurzame waterstof: technisch zijn we er klaar voor.’

Transportsector

Hoewel het technisch concept en ook een belangrijk deel van de logistiek zijn uitgedacht en uitgewerkt, heeft Hygro nog geen productiecapaciteit operationeel. Het bedrijf werkt al geruime tijd in Noord-Holland met meerdere partners aan het project Duwaal. Binnen dit project willen zij de plaatsing van de allereerste waterstofwindturbine in de Wieringermeer combineren met de distributie van groene waterstof naar minimaal vijf locaties voor het tanken van waterstof voor vrachtwagens en auto’s. ‘Lange tijd was het erg lastig om alle steun, maar ook de wet- en regelgeving hiervoor, te organiseren. In april jongstleden hebben we groen licht gekregen. Dankzij de dkti-subsidie kan het project Duwaal starten met een eerste waterstoftankstation. Het doel is dat vanaf 2020 vrachtwagens van de gemeente Alkmaar op waterstof gaan rijden. Wij produceren die waterstof dan met onze windturbine die we op de testlocatie van ecn in het Wieringermeer gaan plaatsen. De waterstof wordt vervolgens over de weg via een ‘just in time’ levering naar dit waterstoftankstation – en later naar meerdere stations – vervoerd. We simuleren hiermee een soort van een discontinue pijplijn.’ Hygro is de initiatiefnemer van het project, maar heeft inmiddels meerdere partners aan boord, zowel overheden als onderzoeksinstellingen en private marktpartijen. Het eerste Alkmaarse waterstoftankstation wordt gevestigd bij het nxt tankstation op bedrijventerrein Boekelermeer. GP Groot is de exploitant van de nxt tankstations en wil al snel ook een tweede nxt tankstation in Westzaan op bedrijventerrein Hoogtij in Zaanstad voor waterstofdistributie geschikt maken. Uiteindelijk kan de windturbine straks meerdere stations in de regio van waterstof voorzien.

Optimalisatie

‘Doordat wij de elektrolyse direct in de windturbine laten plaatsvinden, voorkomen we veel elektrische verliezen. Het gevolg is dat een waterstofturbine meer en goedkoper energie kan produceren dan dat een traditionele turbine elektriciteit op het net kan zetten.’ Dit vraagt wel om enige uitleg, maar die kan Langeraar dan ook geven. ‘Enerzijds komt dit doordat windturbines – vanwege economische keuzes – boven gemiddeld windkracht 5 niet méér elektriciteit produceren. Hardere wind levert dus niet extra stroom op. De optimalisatie van windturbines maakt dat de fabrikanten in de turbine een generator plaatsen die zoveel mogelijk vollast-uren kan draaien. Dit houdt in dat de generator boven grosso modo windkracht 5 niet méér elektriciteit opwekt. Het is zelfs zo dat de generatoren relatief steeds kleiner worden ten opzichte van de toenemende grootte van de rotoren. Heel veel windenergie bij hogere windsnelheden wordt dus niet benut.’

‘In april kregen we groen licht voor de eerste -waterstoftankstation’

‘Ons elektrolyse-apparaat gaat bij toenemende wind juist steeds meer waterstof produceren. Anderzijds is ons systeem, ondanks de omzettingsverliezen, goedkoper doordat we minder componenten nodig hebben en minder energie aan transportverliezen kwijt zijn. Het transport van waterstof is tien tot twintig keer goedkoper dan transport van elektriciteit. Op dit moment moet het transport nog met vrachtwagens gebeuren, maar als we in de toekomst daarvoor de gasleidingen gebruiken, dan zijn de voordelen enorm.’

100 vrachtwagens

‘De waterstof die de windmolen op het testveld van ecn straks produceert, is voldoende voor ten minste 100 vrachtwagens’, vertelt Langeraar. ‘We beginnen met een paar vrachtwagens, maar we hopen en verwachten dat meer gemeentelijke diensten en transporteurs, en op termijn ook particulieren, voertuigen op waterstof aanschaffen, zodat de waterstofstations rendabel kunnen worden.’ De waterstoftankstations worden volgens de internationale geldende richtlijnen ingericht. Dat betekent dat ze worden uitgerust met een 350 bar-vulpunt voor zwaar vervoer en 700 bar-vulpunt voor personenauto’s. Als de realisatie volgens plan verloopt kan halverwege 2020 voor het eerst waterstof worden getankt. ‘Eén kg waterstof komt, qua voertuigprestatie, overeen met 5 liter diesel voor een vrachtwagen. En één windmolen produceert op jaarbasis gemiddeld 280.000 kg waterstof. Op basis van die berekening komen wij op het jaarverbruik van circa 100 vrachtwagens die voor stadslogistiek worden gebruikt. Kijk je naar vrachtwagens voor internationaal transport dan zie je daar een heel ander, hoger verbruik. Dan zijn dat er geen 100, maar minder. Ook bij bussen ligt het weer anders, evenals bij personenauto’s, waarvan je wel meer dan 1.400 op de productie van één waterstofmolen kunt laten rijden.’ Dat Hygro zich in eerste instantie focust op vrachtwagens komt ook omdat batterijen voor die transportmiddelen geen goed alternatief zijn. ‘Wil je zo’n vrachtwagen met batterijen voeden, dan worden ze of heel zwaar of hun actieradius is heel klein. Voor vrachtwagens is de brandstofcel op waterstof eigenlijk het enige alternatief.’

Deltawind wil nog dit jaar starten met een paar woningen waar de cv-ketel op waterstof gaat draaien. Daarvoor is samenwerking gezocht met Remeha.

Lagere kosten

‘De kosten voor waterstof zitten, naast de investering in de elektrolyse bij de windturbine, vooral bij de opslag en het transport. Maar uiteindelijk is de infrastructuur voor waterstof vele malen goedkoper dan het aanleggen en verzwaren van de elektrische infrastructuur. Uit berekeningen blijkt dat Tennet uitgaat van 1 miljard euro aan netwerkkosten bij de aanleg van een windpark van 1 GW. Dus als je 10 GW wilt installeren dan ben je 10 miljard euro kwijt.’ ‘Op zee zou het daarom verstandig zijn om windturbines te plaatsen die meteen waterstof produceren, en dan de waterstof aan land te brengen. Bij gebruik van bestaande gasleidingen is het voordeel nog veel groter. Maar zelfs bij de aanleg van nieuwe leidingen kun je bij een groot windpark honderden miljoenen zo niet miljarden euro’s besparen.’ Toch denkt Langeraar dat de eerste windturbines die zijn bedrijf gaat plaatsen ‘hybride’ modellen zijn. Windmolens die via elektrolyse waterstof produceren, maar die ook overtollige elektriciteit aan het net kunnen leveren. ‘We kunnen niet wachten tot we een continue keten van vrachtwagens en tankstations hebben die we kunnen bevoorraden, of liever nog een leidingnet waarmee we waterstof kunnen transporteren. Daarvoor moet eerst de markt worden ontwikkeld.’ ‘Ons hele project is eigenlijk steeds een kwestie van kip en ei. Elke stap is ongelooflijk lastig, omdat we pioniers zijn die zelf de wegen moeten aanleggen om onze technologie en business-concepten uit te rollen.’

Gebouwde omgeving

De transportsector is voor Hygro ‘laaghangend fruit’, als je daarover in deze moeizaam op gang te krijgen business kunt spreken. Toch kijken de ontwikkelaars ook naar de gebouwde omgeving. ‘Kijk je puur naar de energetische eigenschappen, dan is waterstof vergelijkbaar met aardgas. In alle studies over ‘van gas los’ komt naar voren dat er heel veel wijken, dorpen en steden in ons land zijn die door de zeer diverse woningvoorraad lastig te elektrificeren zijn. Voor een homogene wijk, die in hetzelfde jaar is gebouwd, kun je de plannen voor grootschalige, ‘all electric’ renovaties wel maken. Maar voor een binnenstad van Amsterdam of voor een oud dorp met relatief weinig woningen gaat dat niet op. De netbeheerders denken dat je die wijken, dorpen en steden veel beter kunt overzetten op een infrastructuur met waterstof. Niet alleen omdat het technisch eenvoudiger is, ook qua kosten ben je dan veel goedkoper uit.’ ‘Kijk, zo goedkoop als met aardgas gaan we onze woningen en het tapwater nooit meer verwarmen. Maar met ons technisch concept kunnen we voor een prijs van 3 €/kg groene waterstof de gebouwde omgeving rendabel verduurzamen. Reken eens 0,5 €/kg voor transport. Dan hebben wij 2,5 euro om 1 kg groene waterstof te produceren. Dat lukt ons echt, geen probleem. Bij echt grote opschaling gaan we zelfs naar 2 €/kg groene waterstof. Zet je dit naast de concepten voor ‘all electric’ en de verzwaring van de netten die daarvoor nodig is, dan is ‘all electric’ echt vele malen duurder.’

Binnen het project Duwaal wordt een waterstofwindturbine gecombineerd met de distributie van groene waterstof naar minimaal vijf locaties voor het tanken van waterstof voor vrachtwagens en auto’s.

Goeree-Overflakkee

Hygro maakt als partner van Deltawind onderdeel uit van een kernteam, onder leiding van de gemeente en netbeheerder Stedin. Dit team onderzoekt op Goeree-Overflakkee de mogelijkheid om het dorp Stad aan het Haringvliet als een van de eerste in Nederland over te laten schakelen op duurzame waterstof. Daarvoor wordt nu gezamenlijk met Deltawind een waterstofmolen ontwikkeld. Deltawind is de energiecoöperatie van Goeree-Overflakkee en wil samen met de gemeente Goeree-Overflakke het hele eiland van aardgas los te maken, vertelt Monique Sweep, directeur van Deltawind. ‘Het is niet eenvoudig om alle woningen in onze gemeente ‘all electric’ te maken. Er zijn verschillende, kleine kernen op ons eiland met relatief veel oude, vrijstaande woningen. Deze transformeren naar all electric is lastig en kostbaar’, zegt Sweep. ‘Tegelijk constateren we dat er een overspannen bouwmarkt is en dat het op grote schaal verduurzamen op korte termijn niet haalbaar is. Daarom hebben we het plan om als pilot een van die gemeenschappen, Stad aan het Haringvliet, volledig op waterstof te laten overstappen. We hebben dit met de dorpsraad besproken en de vertegenwoordigers van het dorp staan achter dit idee. Het gaat hier om circa 550 woningen die, als we hen op waterstof kunnen laten stoken, waarschijnlijk op korte termijn veel minder ingrijpende renovaties hoeven uit te voeren dan wanneer iedereen nu een warmtepomp moet aanschaffen’, vertelt Sweep. ‘Het ingrijpend verduurzamen van de woningen kun we daarmee beter laten aansluiten bij de natuurlijke momenten, zoals verhuizing, verbouwing en onderhoud.

Direct bij de windturbine wordt de windenergie omgezet in duurzame waterstof en vervolgens (in de toekomst) via het gasleidingnet gedistribueerd naar opslag, gebouwen en tankstations.

Brandstofcel

Het feit dat waterstof door de bestaande gasleiding kan en dat Deltawind een grote exploitant van windturbines is, maakt dat de coöperatie haar kansen hoog inschat. ‘Het mooiste zou zijn’, zo zegt Sweep, ‘als die turbine die straks waterstof opwekt, eigendom van het dorp wordt.’ Om zo snel mogelijk binnen deze pilot te kunnen gaan leren, wil Deltawind al in 2019 starten met een paar woningen waar de cv-ketel op waterstof gaat draaien. Daarvoor heeft Deltawind de samenwerking met Remeha gezocht. De samenwerking tussen Deltawind en Hygro moet uiteindelijk leiden tot een lokale windturbine die waterstof produceert. Langeraar: ‘De kunst is alleen om de gebruiksprofielen van de bewoners en het opwekprofiel van de waterstofmolen op elkaar af te stemmen. Woningen en gebouwen hebben vooral in de winter een hoge energievraag. Dus ook als je waterstof wilt inzetten, zal je toch de trias energetica tot op zekere hoogte moeten toepassen. Eerst het verbruik zo klein mogelijk maken. Daarnaast denk ik dat je, ook als je waterstof gebruikt, een hybride installatie nodig hebt. Dus een warmtepomp in combinatie met een cv-ketel op waterstof. Of nog beter; een brandstofcel in de woning of in de straat die zowel warmte als elektriciteit opwekt.’ Volgens Langeraar is de potentie van brandstofcellen heel groot, zeker als die straks op grote schaal worden toegepast. ‘Op basis van de kostprijsontwikkeling voor brandstofcellen, met name door seriematige productie, zal een brandstofcel van 1,5 kW potentieel minder dan 300 euro kunnen gaan kosten. In de landen om ons heen, zoals België, Duitsland, Zweden en Zwitserland, zijn in woningen al de eerste demonstratiesystemen te zien. Juist door seriematige productie en systeemintegratie kan de kostprijs van waterstoftechnologie snel dalen.’

Aandacht op inpassing

Volgens Langeraar moet de aandacht veel meer gaan naar de inpassing van waterstof en de systeemconfiguratie die we willen gebruiken. ‘Technisch hebben we alles wat we nodig hebben wel ontwikkeld. Als die inpassing lukt – en misschien moeten we wel de combinatie met een tankstation maken, zodat je ook de opslag regelt – dan is er voor de gebouwde omgeving een interessante businesscase te maken. Juist omdat je waterstof met wind op zo’n bijzonder efficiënte wijze kunt opwekken.’ In de gebouwde omgeving is op dit moment de wet- en regelgeving nog een sterk beperkende factor. ‘Zo hebben de netwerkbedrijven via de Gaswet nog altijd de verplichting om een gasaansluiting te verzorgen en gas te leveren. Waterstof kan nog helemaal niet op enige vorm van regelgeving rekenen. Daarmee zitten we in die eindeloze kip-en-ei-situatie. De verandering moet ook echt van de politiek komen.’ Langeraar is enigszins optimistisch omdat in het Klimaatakkoord stevige doelen zijn opgenomen rondom het overschakelen op groene waterstof. Zo wil de overheid dat er in 2025 al 15.000 personenauto’s en 3.000 vrachtwagens op waterstof rijden. ‘Als je weet dat de waterstof die de industrie produceert niet zonder meer geschikt is voor transport, omdat het geen zuivere waterstof is, dan biedt dat goede kansen voor duurzame waterstofproductie. Ook zijn er plannen om sde-subsidie beschikbaar te stellen voor de productie van groene waterstof. Als we dat vliegwiel eenmaal op gang krijgen, dan kan het echt snel gaan.’

Tekst: Rob van Mil, freelance publicist.
Fotografie: Industrie

Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief.