Waterstof: de voor- en nadelen op een rij

Foto: De Hindenburg ontplofte NIET door waterstof

Het element waterstof, H2 voor de scheikundigen onder ons, kan aardgas vervangen in de gebouwde omgeving. Toch is niet alles rozengeur en maneschijn met het element. De potentie is er, maar er zijn nog wel wat haken en ogen. Stadszaken zet de voor- en nadelen van waterstof op een rij.

Voor dit stuk baseerden we ons onder meer op 'Waterstof heeft de toekomst' en 'Waterstof is geen heilige graal,' uit vakblad ROm. ROm is gratis voor ambtenaren ruimte, infrastructuur en milieu bij de rijksoverheid, provincies, gemeenten en waterschappen. Word nu abonnee.

Voordat we beginnen met het opmaken van de balans: als we in het kader van de energietransitie spreken over waterstof, hebben we het over ‘groene’ waterstof, ofwel waterstof opgewekt uit hernieuwbare energiebronnen. Fossiel ‘grijze’ waterstof wordt nu al op grote schaal uit aardgas geproduceerd en gebruikt in de industrie, maar is niet milieuvriendelijk genoeg om te voorzien in de verduurzamingsopgave. Een derde optie is ‘blauwe’ waterstof, waarbij de CO2 die vrijkomt bij de productie van grijze waterstof wordt opgeslagen en vastgehouden in lege gasvelden. Dit is een tussenoplossing. Groene waterstof is het einddoel.

Groene waterstof opwekken doe je met elektrolyse. Dat is een chemisch proces waarbij water wordt opgesplitst in zuurstof en waterstof door er elektriciteit door te laten lopen. Twee watermoleculen worden één zuurstofmolecuul en twee waterstofmoleculen (2H2O -> O2 + 2H2). Ad van Wijk, hoogleraar Future Energy Systems aan de TU Delft, vertelt: ‘Je hoeft het waterstof dan alleen maar op te vangen. Het is een heel simpel proces. Je kan het bij wijze van spreken in elk scheikundelokaal doen.’

Waterstof, wind en zon

Waterstof kan pieken en dalen in groene stroomvoorziening opvangen…
Wind- en zonne-energie zijn wisselvallig. Soms waait het hard of schijnt de zon fel en is er een stroomoverschot, andere keren is het juist windstil of bewolkt en is er een stroomtekort. Bovendien is er een grote seizoensvariatie in de vraag naar en het aanbod van energie voor verwarming. In de winter is er een grotere vraag naar (elektrisch opgewekte) warmte, maar schijnt de zon juist minder. Elektrolyse maakt het mogelijk om dit probleem te omzeilen. Stroomoverschotten kunnen worden opgevangen in waterstof, zodat er in tijden van schaarste voldoende aanbod is.

… maar groene waterstof is afhankelijk van groene stroomproductie
Het zojuist genoemde voordeel van groene waterstof, legt ook meteen een nadeel bloot. Voor grootschalige productie van groene waterstof, is tevens grootschalige productie van groene stroom nodig. Daar is nu geen sprake van. Tomas Mathijsen, adviseur bij Over Morgen, zegt hierover tegen ROmagazine: ‘Op dit moment is 13,8 procent van ons elektriciteitsverbruik duurzaam opgewekt. Er is nog geen sprake van structurele overschotten; bijna al deze elektriciteit wordt direct ingezet voor gebruik. En ook de komende jaren zijn er geen grote overschotten te verwachten.

Ad van Wijk sluit zich deels aan bij Mathijsen. Hij zegt: ‘Om waterstof tot een succes te maken, moeten we veel offshore windturbines bijbouwen.’ Op de langere termijn voorziet Van Wijk echter geen problemen: ‘Er wordt nu gigantisch in duurzame energie geïnvesteerd. Offshore windparken worden steeds goedkoper. We hadden het drie of vier jaar geleden niet verwacht, maar offshore windparken kunnen nu zonder subsidie worden gebouwd. Windenergie is nu al goedkoper dan energie uit kolen en gas.’

Waterstof en efficiëntie

Waterstof is een goedkope accu…                  
Als waterstof wordt gebruikt om pieken en dalen in de groene stroomvoorziening op te vangen, vervult het in feite de rol van batterij. Opslag in waterstof is echter wel vele malen goedkoper en efficiënter dan in batterijen. KIWA technology berekende eerder dat de opslag van 2000 Kwh met batterijen ongeveer 40 duizend euro per jaar kost. Daarentegen kost opslag van een zelfde hoeveelheid energie met waterstof slechts 400 euro per jaar. De oorzaak van het grote verschil in kosten vinden we in het feit dat batterijen veel energie verliezen met de tijd. Daardoor kunnen overschotten uit de zomer niet worden bewaard tot de zomer. KIWA technologie heeft dan ook aangegeven toekomst te zien in energie-opslag in waterstof.

…maar het rendement van elektrolyse is laag
Bij elektrolyse gaat een percentage van de energie verloren. Als elektriciteit wordt omgezet naar waterstof en weer terug, is er een verlies van 60%. Daarmee komen de kosten per kw/u wel hoger uit dan bij aardgas. Mathijsen zegt dan ook tegen ROmagazine: ‘Voor heel veel processen is het een stuk efficiënter om direct elektriciteit te gebruiken dan om het eerst om te zetten in waterstof.’

Volgens Van Wijk is het rendement echter geen probleem: ‘Je moet in een duurzaam energiesysteem verder kijken dan enkel de energie-efficiëntie. Bij een duurzaam energiesysteem gaat het om de totale ketenkosten. Elektriciteit omzetten in waterstof, opslaan en weer teug omzetten naar elektriciteit is in diversie situaties goedkoper en efficiënter dan stroom direct per kabel vervoeren en opslag in batterijen.’ Willem Hazenberg, Business Development manager waterstof en geothermie bij Stork en tevens voorzitter van HYDROGREENN vult aan: ‘Bovendien kun je de warmte en zuurstof die bij elektrolyse vrijkomen ook gebruiken in woningen, dus als je daar slim gebruik van maakt kom je op een hoger rendement uit dan 60 procent.’

Waterstof en de woningvoorraad

Met waterstof hoef je minder goed te isoleren…
Waterstof is vooral een aantrekkelijke optie voor oude woningen. Veel oude huizen zijn niet optimaal geïsoleerd, terwijl dit wel een vereiste is voor het veelgekozen alternatief all-electric. Eerder dit jaar berekende corporatiebranchevereniging Aedes dat het verbeteren van alleen al 2,1 miljoen corporatiewoningen haar leden meer dan €100 miljard zou kosten.

Energie-expert Jan Pereboom van JP-Energiesystemen: ‘Oude panden all-electric maken is erg duur en daardoor inefficiënt. Per woning kost dit zo’n 50.000 euro. Waterstof biedt de mogelijkheid om minder rigoureus te isoleren. Je kiest dan voor een basisisolatie, wat afhankelijk van de te nemen maatregelen ongeveer 8.000 euro kost. De resterende benodigde warmte haal je uit groen waterstof.’

Waterstof is daarmee een aantrekkelijke vervanger van aardgas voor bestaande woningbouw. ‘Met relatief kleine technische ingrepen kun je een oude woning duurzaam maken,’ zegt Pereboom. Van Wijk beaamt dit: ‘Je hoeft alleen maar je cv-ketel en je kooktoestel aan te passen. Zo moet je bijvoorbeeld zorgen voor grotere gaatjes in je branders, want in één kubieke meter waterstof zit één derde van de energie in een kubieke meter aardgas. Een nieuwe brander installeren kost je maximaal een half uurtje.

… maar voor nieuwbouw is waterstof geen aantrekkelijke optie
Voor nieuwbouwwoningen is waterstof een minder voor de hand liggende optie. ‘Eigenlijk is waterstof helemaal geen aantrekkelijke keuze voor nieuwbouwwoningen. Een nieuwe woning kun je namelijk erg energiezuinig en goed geïsoleerd bouwen. Je hebt weinig warmte nodig en daardoor is all-electric een goede keuze,’ stelt Jan Pereboom. Hij vervolgt: ‘Je hoeft ook geen rekening te houden met de capaciteit van het elektriciteitsnet, omdat je toch nieuwe infrastructuur aanlegt.’ Mathijsen sluit zich hier in ROmagazine bij aan: ‘Het gebruik van gas is niet nodig, omdat geen hoge temperaturen nodig zijn om de woningen mee te verwarmen.’ Hij vervolgt: ‘De enegietransitie in de gebouwde omgeving gaat wijk voor wij. Voor veel wijken zijn warmtenetten of warmtepompen goede alternatieven voor verwarming met aardgas.

Waterstof en veiligheid

Waterstof heeft de reputatie gevaarlijk te zijn...
Waterstof heeft een imagoprobleem. Het gas heeft de naam gevaarlijk te zijn. De oorzaak van die angst vinden we ruim 80 jaar terug in de tijd, bij de ramp met de LZ 129 Hindenburg, een reusachtige zeppelin gevuld met waterstof. In 1937 vliegt het gevaarte van Frankfurt naar Lakehurst, een stadje vlakbij New York City. De vlucht verloopt rustig en probleemloos, maar bij de landing gaat het mis. De zeppelin vat vlam en ontploft. Resultaat: 36 doden en decennialange imagoschade voor waterstof. De Hindenburg ontplofte, dus waterstof moet wel hartstikke gevaarlijk zijn, zo redeneerde men.

‘Een fabeltje!’ Van Wijk is stellig. ‘De brand werd evengoed veroorzaakt door het zeer brandbare omhulsel van de ballon.’ ‘Waterstof brandt onzichtbaar, dus een dergelijke vuurzee zie je niet als waterstof de enige brandstof is,’ vult Pereboom aan. 

Volgens de experts moet je de angst van bewoners echter niet opzij schuiven. Van Wijk:  ‘De perceptie van het gas blijft van belang.’ Pereboom sluit zich hier bij aan: ‘Communicatie naar bewoners is erg belangrijk. Daarbij moet je uitkijken voor een welles-nietes discussie. Je wilt niet met een aantal experts tegenover bewoners staan en alleen maar je eigen standpunten herhalen.’

… maar waterstof is veiliger dan aardgas
Volgens hoogleraar Van Wijk  is waterstof in een woning veiliger dan aardgas. Daar noemt hij twee redenen voor: ‘Allereerst is waterstof het lichtste element dat er is. Bij aardgaslekken zie je dat het gas zich ophoopt in een ruimte, waarna het ontploft als er een vlam bij komt. Bij waterstof gebeurt dit niet, want het vervliegt heel snel. Het stijgt op in de lucht en dan is het weg. Daarnaast loop je bij waterstof niet het risico op koolstofmonoxidevergiftiging,  de grootste doodsoorzaak bij gebruik van aardgas voor verwarming.’

… en van de wet mag er nog weinig
Zomaar waterstof naar bestaande woningen pompen, is nu nog geen optie. Wettelijk mag er namelijk maar 0,5 procent waterstof worden bijgemengd in de aardgasleidingen. Daarmee lijkt de wet achter te lopen op de realiteit. Ad van Wijk: ‘Experimenten op Ameland laten zien dat 18,6 procent bijmenging nu probleemloos kan, zonder dat bestaande cv-ketels of branders aangepast moeten worden.’ Indien deze wel worden aangepast, is nog veel meer bijmenging mogelijk. Onderzoek van DNV GL en Kiwa toont aan dat 100 procent waterstof ook mogelijk is en dat daar kleine ingrepen in het leidingnet voor nodig zijn. Zo moet je compressoren aanpassen, die de druk in het netwerk reguleren. Alleen bij oude gietijzeren leidingen zie je problemen omdat het waterstof eruit ontsnapt, maar die zijn erg zeldzaam in Nederland en ze moeten toch vervangen worden. Het grootste deel van het Nederlandse net is gemaakt van polymere materialen. Die kunnen waterstof goed aan.’

De balans

Is waterstof de sleutel tot de energietransitie? Er zijn legio voordelen, maar de nadelen die aan het gas kleven lijken er vooralsnog voor te zorgen dat het gas nog niet klaar is voor wereldoverheerding.

Pereboom: ‘Het is één van de vele alternatieven. Ik zie het zo: als de hele energietransitie een puzzel is van honderd stukjes, is waterstof één van die stukjes. Het speelt een relatief kleine rol en is een aanvulling op groene elektriciteit. Als we heel Nederland elektrisch willen maken, zouden we de capaciteit van het elektriciteitsnet met een factor tien moeten vergroten. Waterstof kan die druk verminderen.’

Ad van Wijk ziet wel een glansrijke toekomst voor het gas: ‘Je zou waterstof per schip vanuit bijvoorbeeld Australië of de Sahara naar Nederland kunnen transporteren. Nu is elektriciteit uit verre streken halen geen rendabele optie, omdat de kabels die daarvoor nodig zijn te duur en inefficiënt zijn. Met waterstof omzeil je dat probleem en krijg je heel goedkope energie. Waterstof kan de elektriciteitsmarkt globaal maken. Er zal een wereldmarkt ontstaan, zoals we die nu met olie hebben.’

Meer weten over de potentie van waterstof? Lees dan 'Stoken op waterstof: deze 5 gemeenten doen het gewoon' of 'Waterstof goed alternatief voor peperdure isolatie'
Stadszaken

 

Stadszaken
Paulus Borstraat 41 3812 TA Amersfoort
redactie@stadszaken.nl