De mogelijkheden van waterstof
Waterstof als energiedrager kent tal van toepassingsmogelijkheden, in de basis als grondstof of als brandstof. Zo kan verbranding van waterstof worden toegepast voor het verwarmen van huizen maar ook als brandstof voor hoge temperaturen voor het maken van staal, papier of bakstenen. Daarnaast kan waterstof dienen als emissievrije brandstof voor auto’s en zwaar transport, de scheepvaart en luchtvaart.
Als grondstof is waterstof inzetbaar voor industriële processen. Bijvoorbeeld voor het maken van ammoniak of ethanol. Het kan ook worden toegepast in een brandstofcel, dan is er sprake van omgekeerde elektrolyse waarbij elektriciteit vrijkomt. Op deze manier kan waterstof worden ingezet op momenten dat er onvoldoende duurzame elektriciteit wordt opgewekt.
Beperkte beschikbaarheid
Hoewel de toepassingsmogelijkheden grandioos zijn, is waterstof de komende jaren beperkt beschikbaar. In Nederland zijn diverse afwegingskaders die aangeven voor welke toepassingen het gebruik van waterstof prioriteit heeft. Een bekend afwegingskader is dat van Natuur & Milieu, dat drie vragen gebruikt om te bepalen of waterstof mag worden toegepast. De eerste vraag is of er een duurzamere oplossing voorhanden is.
De tweede vraagt of er een oplossing is die efficienter is qua energie. Uit het antwoord op de laatste vraag moet blijken of er een maatschappelijk goedkopere oplossing is. Opvallend is dat de meeste afwegingskaders geen expliciete aandacht schenken aan de betaalbaarheid van waterstof.
Appels met peren vergelijken
Vooralsnog zijn alleen gesubsidieerde waterstofprojecten concurrerend met alternatieven. De kosten voor waterstof worden vergeleken met alternatieven als aardgas, waarbij de kosten voor milieuschade door het gebruik van fossiele brandstoffen niet is meegenomen. Dat is als appels met peren vergelijken. Waterstof is een belangrijk puzzelstuk in de duurzame toekomst, waarin voor fossiele brandstoffen, zoals aardgas, geen plaats meer is. Er moet dus vergeleken worden met met alternatieven voor fossiele brandstoffen, zoals de combinatie van duurzame elektriciteit met batterijopslag of biogas.
De verwachting is overigens dat de energieprijzen nooit meer zo laag worden als ze ooit waren, omdat aardgas relatief goedkoop uit de bodem wordt gehaald en waterstof gemaakt moet worden. Toch zien we de waterstofprijs als een ‘eerlijkere’ prijs, omdat er minder schade aan de planeet ontstaat door de lagere CO2-uitstoot van de productieketen van waterstof. Dit is natuurlijk wel onder de voorwaarde dat een groene productiemethode wordt gekozen, wat meer en meer het geval zal zijn.
Vooralsnog zijn alleen gesubsidieerde waterstofprojecten concurrerend met alternatieven.
De verschillende toepassingsmogelijkheden van waterstof:
Industrieel gebruik van waterstof
Een logische toepassing van waterstof is in industriële processen. Dit betreft waterstof als grondstof voor de productie van kunstmest, plastic en staal en voor het maken van zeer hoge industriële proceswarmte. Er is lang gesproken over de potentie van waterstof in de industrie. De laatste jaren zien we dat de Europese en Nederlandse overheid projecten in gang zetten om daadwerkelijk de benodigde infrastructuur aan te leggen. Dit is waar het Nederlandse beleid ook primair op gericht is. Recent is opdracht gegeven om de landelijke waterstofinfrastructuur aan te leggen om waterstof te kunnen leveren aan de vijf grote industrieclusters, waarmee de grootste industriële bedrijven de overstap naar waterstof kunnen maken. Ook een andere belangrijke toepassing: de balansfunctie voor de energie-infrastructuur wordt gekoppeld aan deze nationale infrastructuur. Hystock ontwikkelt diverse zoutcavernes voor de opslag van waterstof waarmee een buffer wordt gemaakt ten behoeve van deze balansfunctie.
Waterstof en wegvervoer
De brandstofmotor wordt in de nabije toekomst vervangen door elektrisch aangedreven motoren. Deze beweging is al duidelijk zichtbaar bij personenauto’s, busjes en zelfs vrachtwagens. Ook rijden op waterstof is elektrisch rijden. Als er gesproken wordt over rijden op waterstof dan betekent dit dat de accu’s waarmee een elektrische motor wordt aangedreven worden vervangen door een brandstofcel die elektriciteit maakt van waterstof. Brandstofmotoren waarin waterstof wordt verbrand zullen zeer waarschijnlijk niet voorkomen, omdat deze een veel lagere efficiëntie hebben dan een brandstofcel.
Aandrijving op basis van waterstof of accu’s is met name afhankelijk van volume en gewicht. De ontwikkeling van accu’s zorgt ervoor dat er steeds meer energie in kleinere en lichtere batterijen kan worden opgeslagen. Terwijl een aantal jaren geleden nog gedacht werd dat busjes te zwaar zouden worden met accu’s komen er nu al elektrische vrachtwagens op de markt. Voor lange afstanden en zwaar transport worden accu’s wel te zwaar en dan kan waterstof een alternatief zijn. Voor internationaal wegvervoer is de verwachting is dat er meerdere mogelijkheden naast elkaar zullen bestaan, zowel vervoer met accu’s als vervoer met waterstof brandstofcellen.
Om dit mogelijk te maken zet de Europese en Nederlandse overheid in op de realisatie van waterstoftankstations; in Nederland is het streven om in 2025 vijftig waterstoftankstations te hebben gerealiseerd. Ook voor het personenvervoer zullen verschillende alternatieven naast elkaar gaan bestaan, al lijkt de rol van waterstof hier wel ondergeschikt. Verschillende autoproducenten zetten in op auto’s met brandstofcellen op waterstof, zoals Toyota en BMW. BMW verwacht voor 2030 de topmodellen SUV’s met brandstofcellen te kunnen produceren. Voor het merendeel van de auto’s, bussen en vrachtwagens zal accu-aandrijving de standaard worden. De brandstofcel zal ook voorkomen, maar in een kleiner marktaandeel.
Vliegen op waterstof
De ontwikkelingen van vliegen op waterstof staan nog in de kinderschoenen. Er zijn veel bedrijven bezig met het ontwikkelen van alternatieven voor kerosine, waarvan waterstof er één is. Op lange termijn is biobrandstof (systhetische brandstof of ammonia), of waterstof waarschijnlijk de enige manier voor langeafstandsvluchten. Op korte afstand wordt ook elektrificering (via accu’s) mogelijk. Dat vloeibare waterstof een hoge energiedichtheid heeft, blijkt wel uit het feit dat het als brandstof wordt ingezet voor de Artemis-raket bij de meest recente maanmissie van NASA.
Scheepvaart
Bij de scheepvaart is er een soortgelijke ontwikkeling als bij het wegverkeer. Voor binnenvaartschepen is soms aandrijving met waterstof en soms met elektriciteit (via accu’s) de beste keus. Momenteel ontstaan voor beide opties diverse oplossingen: van bunkerplekken waar waterstof in schepen geladen kan worden, tot accu’s in zeecontainers die verwisseld kunnen worden zodat er geen laadtijd nodig is.
Op de internationale zeevaart zijn alternatieven noodzakelijk voor de huidige diesel want de brandstoffen die nu gebruikt worden zijn erg vervuilend. Maar alternatieven zijn eigenlijk nog niet beschikbaar. Grote hoeveelheden waterstof opslaan op schepen gaat gepaard met veiligheidsrisico’s en het vloeibaar maken van waterstof om ruimte te besparen is relatief duur. Daarom worden er alternatieven onderzocht. Niet waterstof zelf, maar een minder gevaarlijke brandstof zoals ammoniak wordt dan opgeslagen en chemisch omgezet in waterstof wanneer de brandstofcel erom vraagt. Deze ontwikkelingen staan nog aan het begin.
Woningen verwarmen met waterstof
Internationaal wordt er ervaring opgedaan met het verwarmen van huizen met waterstof. In diverse landen lopen hiervoor proefprojecten, ook in Nederland. Hier zijn de regionale netbeheerders met verschillende proefprojecten bezig: Waterstofwijk Wagenborgen – 40 woningen, Waterstofpilot Hoogeveen – 518 woningen , Tijdelijke ombouw Uithoorn Demo- en trainingswoning Apeldoorn, Waterstofpilot Lochem 15 woningen, Waterstofombouw Stad aan ‘t Haringvliet – 650 woningen.
In Graft de Rijp (gemeente Alkmaar) zijn plannen gemaakt voor een initiatief om maar liefst 2500 woningen duurzaam te verwarmen. In slecht-geïsoleerde woningen wordt dan een waterstofketel geplaatst, in de goed geïsoleerde woningen een warmtepomp. En een hybride systeem: een combinatie van een warmtepomp met een waterstofketel, is voorzien voor de redelijk geïsoleerde woningen. Dit project kreeg echter geen PAW (Programma Aardgasvrije Wijken) subsidie toegekend en gaat daarom nog niet van start.
Conclusie
Sowieso kan worden gesteld dat als er haalbare duurzame alternatieven zijn, zoals aardwarmte, een warmtenet of warmtepompen, deze de voorkeur moeten krijgen. Vanuit duurzaamheidsoogpunt zou alleen bij bijvoorbeeld historische gebouwen waar isoleren niet mogelijk is, een brandstof als waterstof (of biogas) ingezet kunnen worden voor verwarming. Waterstof kan vrijwel overal voor ingezet worden, maar dit is niet altijd de beste keus. Over het algemeen kan worden gesteld dat waterstof alleen moet worden ingezet waar geen goed alternatief voorhanden is, terwijl het in publicaties vaak lijkt alsof waterstof overal ingezet zou moeten worden. Ondanks dat waterstof een belangrijke rol kan gaan spelen in een volledig duurzame samenleving, blijft het nu belangrijk om te blijven inzetten op besparen, isoleren en elektrificeren.