VV07 Omslag 200
September 2019

Wordt Hoogeveen de waterstofhoofdstad van Nederland?

Hoogeveen 01

Hoogeveen start medio volgend jaar met de aanleg van Nijstad-Oost, een nieuwbouwwijk tussen Hoogeveen en de gasbehandelingsinstallatie ‘Ten Arlo’ van de nam. Voor levering van warmte krijgen alle tachtig woningen waterstofketels in plaats van cv-ketels. Daarna volgt opschaling naar de bestaande wijk Erflanden ten zuiden van de stad (1.130 woningen). Wordt Hoogeveen straks de waterstofhoofdstad van Nederland die als blauwdruk voor de gebouwde omgeving kan dienen?

Nog niet zo lang geleden werd waterstof als middel tot verduurzaming nogal smalend als ultieme wensdroom van ingenieurs bekeken. Door de uitfasering van aardgas, technologische vooruitgang en sterke groei van duurzame energie (vooral van zonneparken) is dat nu compleet anders geworden. De ene na de andere studie over de voordelen en toepassingen van waterstof duikelden de laatste jaren over elkaar heen. Ad van Wijk, hoogleraar ‘future energy systems’ aan de tu Delft, hield vorig jaar een pleidooi voor grootschalige opwekking en opslag van (groene) waterstof. Vrijwel gelijktijdig verschenen er talloze onderzoeken naar uiteenlopende deelaspecten van het emissieloze gas, van dnv gl (industriële branders) en ce Delft (werkgelegenheid) tot aan Kiwa (toekomstige gasdistributie), Netbeheer Nederland (het net van de toekomst) en Enpuls, onderdeel van Enexis (opwek van groene waterstof).

Gebouwde omgeving

‘Maar (…) tussen droom en daad staan wetten in de weg en praktische bezwaren’, schreef de Belgische schrijver/dichter Willem Elsschot in 1910 al. Met uitzondering van kleinere experimenten – bijmenging van waterstof (tot 20 procent) in cv-ketels op Ameland in 2011, een appartementsgebouw in Rozenburg waar twee waterstofketels hangen – schitteren integrale demonstratieprojecten in de gebouwde omgeving door afwezigheid. Het Hydrogreenn-netwerk (hydrogen green regional energy economy netwerk northern netherlands) waarin meer dan tweehonderd partijen zitten, probeert daar verandering in te brengen. Na vele consultatierondes heeft een consortium uit dit netwerk (zie kader) ruim 400.000 euro subsidie van het ministerie van ezk gekregen voor het onderzoek naar zowel de technologische aspecten als de business case en het maatschappelijk draagvlak van een waterstofwijk.

Hoogeveen 02Schematisch overzicht van het Hydrogreen-project Hoogeveen.

Waterstof

Grijze waterstof wordt al decennia in de (zware) industrie via methanisatie uit aardgas en water gewonnen. Het is een nogal vervuilend proces: bij de productie van 1 kg waterstof komt 3,7 kg CO2 vrij. Wel is grijze waterstof met een kostprijs van 1,50 €/kg relatief goedkoop te noemen. Groene waterstof heeft iets andere karakteristieken. Door elektrolyse wordt elektriciteit (bijvoorbeeld uit wind- en zonneparken) in zuurstof en waterstof met een rendement van 75 à 80 procent gesplitst. Daarna wordt het onder druk opgeslagen en is de waterstof voor een breed scala aan toepassingen te gebruiken, enerzijds als seizoensbuffer wanneer er te weinig aanbod aan duurzame stroom is (de inmiddels beruchte ‘dunkelflaute’), anderzijds als aardgasvervanger en meer duurzame energie in de zware industrie, het transport en in de gebouwde omgeving (waar door conversie nog eens rendementsverliezen optreden). ‘Rendementen zijn niet zaligmakend’, zegt Willem Hazenberg, projectmanager bij Stork Nederland en penvoerder van het waterstofproject. ‘Je moet naar de hele keten kijken. De prijzen van electrolysers – die 30 – 40 procent van de totale kosten uitmaken – dalen de laatste jaren gestaag. Het ligt in de verwachting dat de prijs van 1 kg waterstof – overeenkomend met 4 m3 aardgasequivalent – van 4 à 6 euro nu, naar iets meer dan 2 euro in 2025 zakt. Tegelijkertijd zien we dat de stroomprijs dalende is terwijl olie duurder en schaarser wordt. De prijs van gas beweegt daarop mee. Dat maakt het aantrekkelijk om nu al met deze waterstofwijk te starten.’ Noé van Hulst, waterstofgezant bij ezk, beaamt die ontwikkelingen. Hij stelt dat een aantal tendensen de komende jaren zal convergeren: een oplopende aardgasprijs door marktwerking volgens prognoses van het iea, een verdubbeling van de CO2-prijs op de ets-beurs en steeds verder dalende stroomprijzen die in overvloedig zonrijke regio’s (Midden-Oosten, Noord-Afrika en Latijns-Amerika) tegenwoordig al onder de 0,02 €/kWh duiken. Die ontwikkelingen hebben hun weerslag op de prijs van groene waterstof die – althans volgens Van Hulst – tussen 2025 en 2030 steeds meer op die van grijze waterstof begint te lijken, dus iets meer dan 2 €/kg. Energieleverancier Engie wil volgens de laatste berichtgeving al in 2030 netpariteit tussen grijze en groene waterstof bereiken.

Tussen lokale opwek en gebruik

Rendo, een kleine netbeheerder voor Zuid-Drenthe en Overijssel, is vanaf het prille begin bij het project betrokken. Hun dochterbedrijf N-TRA richt zich op de energietransitie door het vergroten van het duurzame aandeel gassen, vooral van biogas en waterstof. Volgens berekeningen zullen alle initiatieven bij elkaar opgeteld in 2022 een kwart van de energiemix van deze netbeheerder uitmaken. Bastiaan Meijer, verantwoordelijk voor gebiedsontwikkeling bij N-TRA: ‘Veel marktstudies geven aan dat distributie en transport van waterstof nauwelijks problemen in het aardgasnet opleveren. Vooral in de bestaande bouw en met zoveel mogelijk hergebruik van materialen liggen er kansen. Opvallend is dat lokale opwekking en toepassing in waterstofketels in wijken een kosteneffectievere oplossing lijkt te zijn dan de inzet van warmtepompen voor de warmtevoorziening van woningen.’ De toekomstige nieuwbouwwijk Nijstad-Oost ligt daarvoor uiterst gunstig. Ten zuiden bevindt zich gasbehandelingsinstallatie ‘Ten Arlo’ van de nam die zeer geschikt lijkt om elektriciteit lokaal te converteren naar waterstof en lokaal in te voeden op het gasnet. ‘Ons onderzoek spitst zich toe op lokale invoeding, distributie en afname van waterstof in woningen’, licht Meijer toe. ‘Drukverlaging is een belangrijk thema. De aanvoer van 300 bar moeten we in één of meer stappen naar 40 bar brengen, standaard voor gastransportleidingen. Daarna wordt de druk verminderd tot 4 bar, de huidige druk in het lokale distributienet. Uiteindelijk gaat waterstof onder 100 mbar naar de woningen, om voor de laatste keer op 30 mbar uit te komen. Met 30 mbar werken de waterstofketels onder dezelfde druk als de huidige aardgasketels.’

Netbeheerders en -aannemers -zullen -rekening moeten -houden met de -typische -kenmerken van waterstof

Volgens Meijer schuilen de meerkosten voor waterstoftoepassingen in het borgen van veiligheid. ‘Waterstof in de industrie is al decennia bekend. In de gebouwde omgeving nog lang niet. Weliswaar zijn er de laatste jaren testen in Nederland en het Verenigd Koninkrijk uitgevoerd, maar er zitten nog vele hiaten; in normering en in wet- en regelgeving. En in de praktijk. Installatiebedrijven, netbeheerders en aannemers zullen rekening moeten houden met de typische kenmerken van waterstof, vooral de vluchtigheid, andere meters en lagere ontstekingsgrenzen.’ ‘Voor conversie lijken zowel de alkaline- als pem-electrolysers geschikt. Maar wat wordt de druk, wat is de responstijd, wat is het vermogen en hoe verhoudt dat vermogen zich tot de grootte van de opslag? We zoeken naar de juiste configuratie in de keten. Opslag speelt een cruciale rol in de financiële haalbaarheid van het project. Of de keuze valt op hogedrukopslag, vloeibare opslag of wellicht binding van waterstof aan een organisch materiaal zal nog moeten blijken.’

Hoogeveen 03Eind juni werd het Hydrogreenn-project tijdens een werkbezoek gepresenteerd aan koning Willem-Alexander.

Systeemkosten

Een van de initiators van het waterstofproject is de Hanze Hogeschool Groningen. De hogeschool heeft als missie innovaties te versnellen via onderwijs en R&D, goede voorbeelden aan te dragen en het scheppen van draagvlak. Jan Jaap Aué, directeur van EnTranCe (energy transition center), geeft aan dat de opdracht van het project bepaald geen kleinigheidje is. ‘Voor een blauwdruk van de waterstofwijk zullen we vele vragen moeten oplossen’, zegt hij. ‘Technische zaken als materialen, veiligheid en ontwerp, maar ook maatschappelijk. Wanneer wordt het betaalbaar, aan welke knoppen gaan we dan draaien? Ook is er geen juridisch kader, zijn normen niet vastgesteld. Daarmee zullen we de nen-commissies en de werkgroep waterstof in de gebouwde omgeving voeden. De vergroeningsstrategie van de gemeenten wordt nog een hele puzzel waarvoor de politiek knopen moet doorhakken.’ Net als Hazenberg kiest Aué voor een systeembenadering. Volgens hem is er geen ‘one size fits all’ voor aardgasvrije nieuwbouw en bestaande bouw en wordt de huidige discussie op verkeerde argumenten gevoerd. In fysiek opzicht hangt het af van het samenspel tussen de eigenschappen van de streek en de staat van bebouwing. ‘Waterstof is geen perfecte oplossing, maar kan binnen een generatie wel bijdragen aan verdere implementatie van duurzame energie’, vervolgt hij. ‘Het neerleggen van zo’n nieuwe infrastructuur kost tijd. We zullen naar de systeemkosten moeten kijken en alternatieven achter de hand moeten houden. Schakel je rücksichtslos op ‘all-electric’ over, dan krijg je te maken met kostbare netverzwaringen door piekbelasting in de winter. Met groene waterstof kan je de industrie verduurzamen, aan seizoensopslag doen en banen scheppen. Verlaging van de kostprijs van electrolysers is daarenboven maar een deel van het verhaal: even belangrijk is de invloed van de rijksoverheid in de vorm van belastingen en de uitrol van een wijkgerichte aanpak.’

Brandertechnologie

Door pure waterstof rechtstreeks in verbrandingsketels te stoppen, wordt niet alleen een nieuwe conversieslag (met rendementsverliezen, keuring en controle) voorkomen, maar ook aanzienlijk op CO2-emissies bespaard. Immers, bijmenging tot 30 procent levert slechts 10 procent CO2-reductie op. Het meest moeilijke onderdeel van elke waterstofketel is de brander. Grofweg de helft van alle branders in condenserende cv-ketels komt uit de koker van Bekaert. Omdat de marktleider patent op de nieuwe brandertechnologie gaat aanvragen, kan Joàn Teerling, manager research & innovation bij Bekaert, alleen de grote lijnen van hun nieuwe brander weergeven. ‘Waterstof’, legt hij uit, ‘heeft andere eigenschappen dan aardgas. Het brandt anders door de hogere verbrandingssnelheid, en heeft een hogere vlamtemperatuur en veel lagere dichtheid.’ ‘Wil je waterstof jarenlang veilig en betrouwbaar in de ketel verbranden, dan heb je een nieuw ontwerp nodig. Je hebt rekening te houden met de dimensies van de perforaties en hogere temperaturen die op de materiaalkeuzes hun weerslag hebben. Ook zal je de levensduur van de materialen die bij uitzetting en krimp door aan- en uitzetten optreden, in het ontwerp moeten meenemen. Veiligheid staat voorop. Bij EnTranCe gaan we daarom duurtesten uitvoeren op de schakelingen onder extreme omstandigheden.’ Hoewel gasbranders in de vorm van een tegel ook de weg naar de markt hebben gevonden, is de meest voor de hand liggende vorm voor de nieuw te ontwikkelen brander een cilindrische, zeg maar een frisdrankblikje met gaatjes. ‘Cilindrische branders worden momenteel het meest in cv-ketels toegepast’, gaat Teerling door. ‘Aan die basisvorm hoeven we weinig te veranderen. De cilindervorm past in veel bestaande warmtewisselaars. Afhankelijk van de marktvraag en technische uitdagingen kunnen we onze waterstofbranders opschalen in grootte. Mijn verwachting is dat de consument niet veel meer hoeft te betalen omdat we veel bestaande componenten uit de aardgas cv-ketel kunnen toepassen. Daarmee wordt de nieuw te ontwikkelen waterstofketel op termijn veel interessanter om te installeren dan een warmtepomp: dezelfde instellingen als reguliere cv-ketels, dezelfde ondergrondse aardgas-infrastructuur en naar verwachting ook hetzelfde periodieke onderhoud.’ Willem Hazenberg vult aan: ‘Door hun veel geringere investering kunnen waterstof cv-ketels nu al concurreren met all-electric warmtepompen. Weliswaar zijn de variabele kosten hoger, maar minder dan de meerkosten die bij installatie van een warmtepomp optreden. Bovendien is isolatie niet vereist om tot CO2-reductie te komen.’

Draagvlak en regie

Volgens Kees Boer, projectleider Nijstad-Oost bij gemeente Hoogeveen, zijn de perspectieven voor deze aanpak – dus decentrale verwarming met ketels – qua maatschappelijk draagvlak gunstig te noemen. ‘Als de prijs van waterstof daalt, kunnen waterstofketels qua energiekosten straks met aardgas concurreren omdat aardgas steeds duurder wordt. Hoewel betaalbaarheid in dit stadium nog niet aan de orde is, kijken we al wel naar de eindgebruikersprijs waarbij het ‘niet-meer-dan-anders’ principe – vergeleken met aardgas – een richtlijn is. Bij uitgifte van kavels kan gebruik van waterstof onderdeel van de verkoop worden. Opschaling naar Erflanden is spannender omdat dit vooralsnog op basis van vrijwilligheid en verleiding zal gebeuren. Wel moeten we voor Nijstad-Oost zowel de veiligheid en betrouwbaarheid van de ketels, als de waterstofprijs voor bijvoorbeeld vijf jaar of langer garanderen.’

‘Mijn verwachting is dat de consument niet veel meer hoeft te betalen’

Waar Boer zich wel enigszins zorgen over maakt, is wie de regie voor de marktordening op zich neemt. Wordt het een collectieve voorziening, te vergelijken met een coöperatief warmtenet? Werpt een commerciële partij zich op als verantwoordelijke voor de waterstofwijk? En tot hoe ver strekt de invloed van de gemeente zich uit? Komt er aanvullende regelgeving vanuit het rijk om nieuwe collectieve oplossingen af te dwingen? ‘Nu er steeds meer verschillende bronnen komen, is het interessant om te zien waar de warmte voor de gebouwde omgeving vandaan komt en hoe dat binnen de warmteplannen en de res (regionale energie strategie) gaat passen. Het consortium staat een geïntegreerde oplossing voor. Moeten we het elektriciteitsnet verzwaren of kunnen we met een lokaal, gesloten systeem werken waarvan de stroom wordt opgewekt door zonneparken, al of niet in combinatie met een geluidswal van pv-panelen rond de Erflanden, en wordt omgezet naar waterstof? Hier is ruimte voor een waterstofwijk met een landelijke uitstraling’, aldus de projectleider.

Waterstofhoofdstad

Het pilotproject voor Hoogeveen kan uitgroeien tot de waterstofhoofdstad van Nederland. Kennis en expertise van waterstofgas is ruimschoots in het noorden van Nederland aanwezig (denk aan Gasunie die in juni dit jaar de groene waterstofinstallatie HyStock van 1 MW op locatie Zuidwending in Veendam in gebruik heeft genomen). Ook netwerkbedrijven (zowel voor elektriciteit als gas) zetten er zwaar op de energietransitie in, geflankeerd door opleiding- en kennisinstellingen (zoals EnTranCe) die onderzoeken uitvoeren die niet alleen tot literatuurstudies beperkt blijven. Tenslotte, en dat is misschien wel het belangrijkste, verloopt de samenwerking soepel. ‘We hebben een uitstekende uitgangspositie om de waterstofwijk op de kaart van Nederland te zetten en onze lichte technologische voorsprong ook in Europees opzicht uit te bouwen. Toch zal het met zo’n complexe materie – qua technologie, regelgeving, financiën, draagvlak, noem maar op – nog wel tot na 2025 duren voordat er een beginnende markt voor waterstof in de gebouwde omgeving is ontstaan. Daarom is deze pilot voor een waterstofwijk ook zo belangrijk’, besluit Hazenberg.

Consortium Waterstofwijk

Het waterstofproject is een unieke samenwerking tussen 23 organisaties die de hele keten omvat en bestaat uit overheden, kennisinstellingen en bedrijven. De betrokken organisaties zijn:
Arcadis Nederland, bam Infra Energie & Water, Bekaert Combustion Technology, Cogas Innovatie & Ontwikkeling, dhv Nederland, dnv-gl Netherlands, Enexis Netbeheer, GasTerra, Gemeente Hoogeveen, Green Planet Pesse, Hanzehogeschool Groningen, Instituut Fysieke Veiligheid (ifv), jp-Energiesystemen, Liander, Haskoning, nam, Nederlandse Gasunie, Nedstack, n-tra, Provincie Drenthe, Stichting New Energy, Stork Nederland (penvoerder) en Visser & Smit Hanab Distributie.

Tekst: Tseard Zoethout, freelance journalist.
Fotografie: Industrie

 

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