Technologie voor de energietransitie

Van fossiel naar hernieuwbaar

Waterstof

Zoals genoemd is de fluctuatie van het energieaanbod de grootste uitdaging bij de opmars van duurzame energiebronnen als windmolens en zonnepanelen. Waterstof lijkt op papier een prima oplossing voor dit probleem, maar voordat het zover is, moeten twee knelpunten worden weggenomen: het energieverlies tijdens het omzetten en de beschikbaarheid van overtollige energie. Bij de productie van waterstof via elektrolyse gaat zo'n 30 tot 40 procent van de energie verloren. Als de waterstof als buffer wordt gebruikt door het via een brandstofcel in elektriciteit om te zetten, is opnieuw sprake van een verlies van circa 35 tot 45 procent. Met betere elektrolyseapparatuur is het wellicht mogelijk om het rendement nog wat te verbeteren, maar de thermoneutrale efficiëntie is maximaal 84 procent, dus een hogere energieomzetting is niet mogelijk.

Het prinses Amaliawindpark (beeld: Ad Meskens / Wikimedia Commons)

Overtollige energie van windmolens en zonnepalen kan dit omvangrijke verlies min of meer oplossen. Energie die overtollig is, is nagenoeg gratis en is het dus minder bezwaarlijk dat ze verloren gaat. Dan moet er wel echt sprake zijn van langdurige overcapaciteit. Momenteel is het aandeel duurzame energie in ons elektriciteitsverbruik circa 20 procent, maar over tien jaar, in 2030, moet dit 70 procent zijn. In de jaren daarna zal dit verder toenemen. Vanaf 2030 zullen energieoverschotten steeds vaker voorkomen en kan er dus 'gratis' waterstof worden gemaakt. Bovendien gaat het in dat geval dan om 100 procent groene waterstof in plaats van de huidige waterstofproductie, die voor het overgrote deel uit aardgas wordt gewonnen. Een ander pluspunt zou zijn dat er ook geen sprake is van 'verdringing', oftewel de waterstofproductie gaat tijdens momenten van overcapaciteit niet ten koste van duurzame energie voor eindgebruikers.

Dat laatste is in de praktijk een groot vraagteken. Een electrolyzer is kostbaar en niet rendabel als hij alleen tijdens korte perioden van overschotten operationeel is. Volgens een rapport van het ECN uit 2018 moeten electrolyzers minstens 90 procent of 8000 uur per jaar draaien om rendabel te zijn. Volgens energie-expert Wim Turkenburg, emeritus-hoogleraar science, technology and society aan de Universiteit van Utrecht, zal in 2030 slechts 200 tot 300 uur per jaar sprake zijn van overtollige energie. In de jaren daarna zal dit nog oplopen. Machiel Mulder, hoogleraar regulering van energiemarkten aan de Universiteit van Groningen, stelt dat de bezettingsgraad te laag is omdat je op zee alleen waterstof kunt maken als het waait. Volgens hem wordt deze methode pas rendabel als de investeringskosten van zowel elektrolyse als hernieuwbare stroom fors zijn gedaald.

Het ECN heeft in 2017 samen met Alliander en TenneT een omvangrijk rapport geschreven over een onderzoek naar de ontwikkeling van vraag en aanbod van duurzame energie tot 2050. Volgens het rapport is er in de periode tot 2030 geen overtollige energie, van wind- noch van zonnestroom. Met meer dan 80 procent duurzame energie zou wel sprake kunnen zijn van overschotten. Toch gaat het dan volgens het rapport nog steeds om relatief kleine hoeveelheden, variërend van 1 tot 10GW. Als bovengrens gaat het rapport uit van 14 procent van de totale energieproductie in 2050, wat neerkomt op 27TWh. Die overtollige energie kan, als ze niet aan andere landen wordt doorverkocht, worden gebruikt om waterstof te produceren. Dat zou echter betekenen dat een electrolyzer slechts drie uur per dag in gebruik is. De rest van de energie is niet overtollig en dus nodig voor de primaire energiebehoefte.

Windpark voor groene waterstof

Eind februari 2020 kondigden Shell, Gasunie en Groningen Seaports aan dat ze de intentie hebben om vanaf 2027 een windpark op de Noordzee te bouwen met een vermogen van 3 tot 4GW. Het park zal groene waterstof produceren voor de industrie. Alleen als er overcapaciteit is, komt er stroom voor andere gebruikers beschikbaar. De bedrijven doen een haalbaarheidsonderzoek en zoeken partners en subsidie.

De onderzoekers verwachten dat energieopslag vanwege de hoge investeringskosten minder ingezet zal worden dan doorgaans wordt aangenomen. "Het voordeel van flexibiliteitsoplossingen om de benodigde verzwaringen van de elektriciteitsnetten te beperken, blijkt meer op tijdelijke inzet voor lokale knelpunten te liggen dan op de uit eerdere studies verwachte grote omvang van vermeden investeringen op lange termijn.” Verwacht wordt dat de stijgende vraag naar flexibiliteit overwegend wordt opgevangen door buitenlandse handel en binnenlandse vraagsturing.

Onderzoeksbureau TNO is wat positiever over de mogelijkheden van waterstof, maar stelt dat electrolyzers nog wel een flinke ontwikkeling moeten doormaken om massaal groene waterstof te kunnen produceren. Ze moeten groter en robuuster worden, en de kosten moeten nog fors omlaag. In het Faraday Lab in Petten wordt onderzoek gedaan naar nieuwe componenten en materialen die in electrolyzers kunnen worden gebruikt. Volgens Lennart van der Burg, business developer waterstof bij ECN, wordt het naar verwachting binnen vijf tot tien jaar rendabel om grote electrolyzers aan een offshore windmolenpark te koppelen. Hij vindt waterstof vooral interessant om seizoensgebonden verschillen op te vangen.

• Volgende pagina 10. Tot slot