Wachten op de waterstof-economie /10 reacties

Wachten op de waterstof-economie

Plannen genoeg; de waterstofbus en de laptop met waterstofcel draaien al op proef. Maar met het grootschalige gebruik van de veelbelovende nieuwe energiedrager wil het niet vlotten. De kostprijs en de infrastructuur zijn de belangrijkste obstakels voor de waterstofeconomie.

Een brandstofcel zet waterstof met behulp van zuurstof en energie om in water. Hierbij komt elektriciteit vrij. Waterstof is geen energiebron, maar een energiedrager: je stopt er energie in om dat er elders weer uit te kunnen halen. Het voordeel daarvan kan zijn dat je schone elektriciteit kunt gebruiken, bijvoorbeeld waterkracht, windenergie of warmwaterbronnen, die je niet beschikbaar hebt voor een auto. Ook is de productielocatie flexibeler te bepalen.

In de economie van de toekomst zou waterstof wel eens de belangrijkste energiedrager kunnen worden. De olie raakt op en andere, handzame en toepasbare energiedragers zijn niet voorhanden. Een kernreactor plaatsen in een auto zal hoogstwaarschijnlijk te gevaarlijk blijven. Maar wat is waterstoftechnologie precies? Rijden er al auto’s op waterstof en staan er al fabrieken te draaien op dit nieuwe principe van energiegebruik? Weinigen weten de commerciële kansen van waterstof als energiedrager in te schatten.

Verbeelding

Waterstof als energiedrager spreekt wel velen tot de verbeelding. In deze tijden van klimaatproblemen en hoge olieprijzen groeit de zoektocht naar een serieus alternatief voor de traditionele energiebronnen als olie en gas. De belangrijkste concurrenten voor waterstof zijn bijvoorbeeld de organische brandstoffen van plantaardige oorspong. Het grote nadeel daarvan is dat het produceren ervan een groot ruimtebeslag vraagt. Voor de productie van duizend liter biodiesel is bijvoorbeeld een hectare koolzaadolie nodig. Voor het maken van waterstof zijn meer energiebronnen voorhanden: wind- en zonne-energie, waterkracht en kernenergie, tot aan heetwaterbronnen toe.

In plaats van olie

De vraag luidt dan ook: op welke manier kunnen we ervoor zorgen dat waterstof snel een rol gaat spelen op een manier dat de Nederlandse industrie profiteert?Waterstof kan in de toekomst de belangrijkste brug worden tussen elektriciteit en brandstof.

In de waterstofeconomie is waterstof in plaats van olie de belangrijkste energieleverancier. De afhankelijkheid voor de energievoorziening verschuift van leveranciers uit de traditionele olielanden naar landen die op een andere manier concurrerend kunnen leveren. Dat kunnen nieuwkomers zijn als IJsland. Dat land heeft met de vele warmwaterbronnen een overvloedige hoeveelheid energie voorradig en kan dat in de vorm van waterstof gaan aanbieden. Maar ook een land als Frankrijk kan met de overcapaciteit van de elektriciteit uit kernenergie waterstof gaan maken, en zich als brandstofleverancier op de wereldenergiemarkt gaan begeven.

De vraag is: gaat de waterstofeconomie ons redden van onze olieverslaving, of hebben we te maken met de zoveelste hype waarover je straks niets meer hoort? En wie durft er met die onzekerheid mee te doen?

Als het aan Kees van der Klein ligt, adjunct-directeur van energie onderzoekscentrum ECN en voorzitter van de werkgroep Waterstof van het platform Nieuw Gas, is het antwoord duidelijk: “Over de vraag of waterstof een rol zal gaan spelen in de toekomstige duurzame energiehuishouding bestaat weinig twijfel,” zegt hij. “Waterstof is een ideale energiedrager naast elektriciteit. Waterstof is in principe ook een goede transportbrandstof en tevens prima te gebruiken voor de energievoorziening van huishoudens en de industrie.” Wat Van der Klein betreft kan het de energiezekerheid vergroten, de luchtkwaliteit verbeteren en de emissies van broeikasgassen terugdringen. “De vraag luidt volgens mij dan ook: op welke manier kunnen we ervoor zorgen dat waterstof snel een rol gaat spelen op een manier dat de Nederlandse industrie profiteert?”

Kansen vooral in transport

Mercedes Citaro waterstofbusDe meeste experts geloven dat de kansen voor waterstof als energiedrager vooral liggen in de vervoer- en transportsector en bij specifieke toepassingen waarvan de prijs per eenheid energie relatief hoog is, zoals batterijen in laptops. “Mits de productie van waterstof op een goedkope manier kan plaatsvinden,” aldus Van der Klein.

Voor grootschalige stationaire toepassingen is waterstoftechnologie nog te duur. Ook omdat een alternatief als aardgas in Nederland overal nog beschikbaar is. Voor auto’s en transport is waterstof veel eerder concurrerend. Ook omdat het energierendement uit een brandstofcel rond vijftig procent ligt, tegenover de amper twintig procent rendement van een verbrandingsmotor op fossiel brandstof. Neem daarbij de emissiereductie van CO2, NOx en fijn stof en Van der Klein’s enthousiasme is begrijpelijk: “Binnen vijftien jaar kan een kwart van de bussen in de grote steden op waterstof rijden. Rond die tijd kunnen ook de eerste personenauto’s met brandstofcellen op de markt verschijnen.”

Waar blijven de waterstofstations

Eén van de mogelijke leveranciers voor de brandstofcellen in de gedroomde stadsbussen van Van der Klein, is het Nederlandse bedrijf Nedstack. Directeur Marketing en Sales, Jan Piet van der Meer, deelt het optimisme van ECN. “Wij hebben een brandstofcel gebouwd op basis van PEM technologie, en die werkt,” vertelt hij. PEM is een afkorting voor Proton Exchange Membrane, en is een brandstofcel die werkt met een plastic memebraan, voorzien van katalysatoren van platina. “Op de brandstofcellen van Nedstack rijden op dit moment bussen en vorkheftrucks. Andere toepassingen zijn generatoren en zendmasten.”

Commerciële kansen

Shell Hydrogen, Total France, BMW Groep, DaimlerChrysler, Ford, General Motors Europe, MAN en Volkswagen publiceerden afgelopen oktober het plan om in een joint venture te gaan investeren in een Europese waterstofinfrastructuur.

Voor investeerders van buiten de industrie liggen de kansen eerder bij kleinschalige initiatieven. Zo is ECN betrokken bij een haalbaarheidsstudies naar de bouw van brandstofcel-warmtekrachtcentrales in Zwijndrecht en op Texel, en werkt daarvoor met particulier initiatie. Onder meer het centrum voor de Wadden en de Noordzee, Ecomare, heeft interesse in een energievoorziening met behulp van waterstof. Na de haalbaarheidsstudie, die positief uitviel, zijn nog geen verdere stappen ondernomen.

Nedstack is acht jaar geleden opgericht door een groep van zeven Akzo-medewerkers. Het bedrijf vestigde zich in Arnhem en werkt met Akzo samen aan goed geleidend celmateriaal. Deze grondstof bespaart energie bij de elektriciteitsproductie.

Hoewel wereldwijd onderzoek wordt gedaan naar waterstoftechnologie, zijn er nog niet veel bedrijven die al een bruikbare technologie op de markt brengen. Nedstack heeft 43 mensen aan het werken. Die bouwen per dag één cel van tien kilowatt, die zo’n twintigduizend euro kost. Als de markt blijft groeien wil het bedrijf uitbreiden naar een productie van tien brandstofcellen per dag. “De Nedstack-brandstofcel produceert voor ongeveer duizend euro per kilowatt,” vertelt Van der Meer. “Onder de duizend euro per kilowatt zijn we concurrerend op de markt voor vorkheftrucks. Onder de tweehonderdvijftig euro per kilowatt zijn we al concurrerend met bussen. Dat punt verwacht ik dat we in 2009 kunnen bereiken.”

Distributie is duur

De kosten voor de productie van de cel zelf wordt voor tachtig procent bepaald door de materiaalkosten zoals het dure platina. Al is dat met recycling voor het merendeel terug te winnen.

HydroGEM

ECN ontwikkelde ook voor onderzoek en eigen gebruik de HydroGEM. Dit is een prototype waterstofauto gebaseerd op de elektrische auto (GEM) van DaimlerChrysler. De HydroGEM is voorzien van een PEM-brandstofcel, hetzelfde systeem als Nedstack bouwt. Het voertuig wordt nu gebruikt door de facilitaire dienst van ECN, met het oog op vergelijkbare toepassingen in vliegvelden, stations, distributiecentra en ziekenhuizen. Het voertuig heeft een laadvermogen van twee honderd kilogram en rijdt een tweehonderd kilometer met een lading waterstof.

Het initiatied van NedStack laat zien dat spinoffs ook kansrijk zijn. Met name daar liggen wat waterstof betreft de kansen voor de risicoinvesteerder.

Dat de brandstofcel nog niet doorbreekt voor grootschalige toepassingen heeft volgens Van der Meer nog een andere oorzaak: “De distributie van waterstof is duur,” zegt hij. “Alleen als je gebruik kunt maken van pijpleidingen kan dat goedkoper.” Maar voorlopig zijn er nog geen tankstations te vinden die het aandurven waterstof te gaan leveren, weet Van der Meer. “Er moet meer gebruiksvolume komen, en dat kan alleen als de prijs daalt.”

Zou de prijs per energie-eenheid voor een brandstofcel binnen enkele jaren concurrerend kunnen worden, omdat bijvoorbeeld de olieprijs stijgt, dan zijn de problemen nog niet over. Waterstof wordt nu voor zeker tachtig procent uit aardgas gemaakt. De aardgasprijs is gekoppeld aan die van olie. Stijgt de olieprijs, dan stijgt de aardgasprijs mee, en wordt waterstof automatisch duurder. Van der Meer ziet het probleem: “Er zijn meer voordelen dan de prijs en het rendement: we hebben er met waterstof een duurzaam alternatief bij.”

Het schone alternatief

Milieuoverwegingen waren een van de belangrijkste redenen om in Amterdam-Noord een proefproject te starten met drie DaimlerChryusler waterstofbussen. Volgens onderzoeker Marcel Weeda is het bussenproject een voorbeeld van een succesvolle toepassing waarbij de overheid het initiatief neemt en zo een deel van de research en de vraag stimuleert. “Technisch gezien is het een succes, commercieel nog niet,” vat het hij het project samen. “Maar het geeft de onderzoekers de gelegenheid de nieuwe toepassingen in de praktijk te testen en mogelijke toekomstige investeerders te informeren.”

De hoofdredacteur van het populair-wetenschappelijke tijdschrift Scientific American, Ed Croonenberg, kent de waterstofbussen in Noord-Amsterdam ook. Hij is minder enthousiast: “De bussen kunnen alleen in Noord-Amsterdam rijden omdat ze met de waterstoftanks op het dak zo hoog zijn dat ze in de meeste steden niet meer inzetbaar zijn vanwege de vele tunnels en viaducten.” Waterstof heeft een ongunstige energie tot volume verhouding. En een liter waterstof weegt maar zeventig gram. Dat is een voordeel in bijvoorbeeld de ruimtevaart maar een nadeel voor toepassingen in bijvoorbeeld bussen. Als het waterstof onder druk wordt opgeslagen is er het extra gevaar voor explosie.

Croonenberg kent nog wel wat meer praktische nadelen van het gebruik van waterstof in het vervoer. “Waterstof is moeilijk op te slaan, moeilijk te transporteren en extreem explosief. En daarmee levensgevaarlijk als het niet goed wordt behandeld.” Bovendien loopt een waterstoftank spontaan leeg als je die niet gebruikt. Waterstofmoleculen zijn zo klein dat ze door metalen wanden ‘verdampen’.

Nog teveel een hype

Waterstof is moeilijk op te slaan, moeilijk te transporteren en extreem explosiefVolgens Croonenberg zijn het vooral de elektriciteitsproducten die proberen waterstof als alternatief te pushen. “Zij proberen een voet aan de grond te krijgen in de vervoerssector door een brandstof te leveren die wordt gemaakt met elektriciteit,” zegt hij. De kernenergielobby ziet er volgens hem daarom wel brood in. Maar ook landen met een vrijwel onbruikbaar energieoverschot, zoals IJsland met de warmtebronnen, investeren in de ontwikkeling van waterstoftechnologie. “Waterstof heeft wat mij betreft nog teveel weg van een hype. Ik ontwaar voorlopig nog geen grootschalig waterstofnetwerk geschikt voor gebruik door de consumentenmarkt. En daar zal toch de doorbraak vandaan moeten komen.”

Croonenberg ziet wel heil in de brandstofcel. Voor kleinschalig gebruik worden nu al brandstofcellen gemaakt, voor in laptops bijvoorbeeld. “Maar daarin is waterstof meestal nog een kortstondig tussenproduct bij de productie van elektriciteit met behulp van conventionele brandstoffen, gebruikt in de cel. Watersof is ook hier zelf geen brandstof.”

Laat voor de consument waterstof als alternatieve energievoorziening nog even op zich wachten, voor de industrie gaan de toepassing harder. Er ligt al enige tijd een groot netwerk voor industrieel waterstof dat van het Rotterdamse havengebied, via België naar Noord Frankrijk loopt. En ook de Amerikaanse regering heeft plannen. Onlangs lanceerde die het actieprogramma Hydrogen Fuel Initiatief. Voor 1,2 miljard dollar zal onder meer een kust-tot-kust netwerk van waterstoftransport en productie-installaties worden gebouwd. Hoewel dat vooral voor industrieel gebruik zal zijn, is een van de doelstelling van het project ook om in 2040 alle Amerikaanse auto’s op waterstof te kunnen laten rijden. Daarvoor is per jaar een productie van 150 miljoen ton waterstof nodig.

Geen droomtechnologie

Desondanks is de Amerikaans venture capitalist Vinod Khosla, mede-oprichter van Sun Microsystems, sceptisch over waterstof als redder van de energievoorziening in de toekomst. Hij laat desgevraagd weten: “Wij hebben geen droomtechnologieën nodig als brandstofcellen op waterstof om een duurzamer toekomst te bereiken. We moeten investeren in brandstoffen van biologische oorsprong, zoals ethanol uit planten.”

Khosla heeft een punt. Waterstof is als energiedrager niet perse schoner dan de traditionele fossiele brandstoffen. Om waterstof te maken moet eerst energie worden toegevoegd in de vorm van elektriciteit of warmte. En alleen als dat duurzame energie is, is waterstof dat ook.

Waterstofgas, H2, is te maken uit verschillende grondstoffen. Water, H20, is een bron, maar in de meeste gevallen wordt nu nog aardgas gebruikt als waterstofleverancier. In dat geval komt er bij de productie van waterstof nog nieuwe CO2 vrij, en is daarmee geen duurzame energieleverancier. En alleen als CO2 bijvoorbeeld wordt opgeslagen in de aarde, is er sprake van dat waterstof als brandstof beter is het milieu.
Anders is het als waterstof zou worden gemaakt uit water door de splitsing van H2O in H2 en O2 met behulp van elektriciteit. Dat kan bijvoorbeeld met behulp van windenergie of zonne-energie.

De energiebalans van deze procédés zijn nog zeer ongunstig. De energieopbrengst uit schone elektriciteit is nog duur, de productie van waterstof op deze manier is nog inefficiënt.

Optimistisch

Onderzoeker Weeda ziet de problemen, maar is desondanks optimistisch over de kansen van de waterstofeconomie. “Neem een gemeente als Texel. Die heeft zich als doel gesteld om in 2030 volledig duurzaam aan haar energie te komen. Daarvoor zou waterstof als energiedrager een goede optie zijn.” Want zo begint het, aldus Weeda, met een ambitieuze overheid die eropuit is om een duurzame energievoorziening te creëren, en daarvoor samenwerkt met het bedrijfsleven om de benodigde startinvesteringen mogelijk te maken. “Want dat we in de toekomst onze energievoorziening anders zullen moeten inrichten, staat vast. We zijn nu voor onze energie uit fossiele brandstoffen nog te afhankelijk van landen die op z’n zachtst gezegd niet erg stabiel zijn.”

Reageren via Facebook

Over Marco van Kerkhoven

Marco van Kerkhoven is bioloog, journalist en onderzoeker bij het Kenniscentrum Communicatie en Journalistiek van Hogeschool Utrecht. Hij doet promotieonderzoek naar nieuwe media businessmodellen.