Fambizz-partner FutureEnergyFund legt uit: wat is groene waterstof?

(Familie)bedrijven en branchegroepen komen vaak samen om hun eigen producten te promoten. Veel ongebruikelijker was de stap die recent werd gezet door tien grote Europese energiebedrijven en twee van de belangrijkste organisaties in de duurzame industrie. Zij verenigden zich namelijk en lanceerden een ​​campagne waarin ze een product aanprijzen dat geen van allen daadwerkelijk verkopen. Dat product? Hernieuwbare, ‘groene’ waterstof! Ze zien allemaal dat groene waterstof een cruciale rol speelt in de verregaande decarbonisatie van het energiesysteem. De belangstelling voor groene waterstof stijgt enorm, met name bij grote olie- en gasbedrijven.

Wat is groene waterstof?

Volgens de nomenclatuur van marktonderzoeksbureau Wood Mackenzie is de meeste waterstof die al veel als industriële chemische stof wordt gebruikt:

• bruin, als het wordt gemaakt door de vergassing van steenkool of bruinkool;
• grijs, als het wordt gemaakt door middel van stoommethaanreformatie, waarbij men doorgaans aardgas als grondstof gebruikt.

Geen van deze processen is nu echt koolstofvriendelijk. Een schonere optie staat bekend als ‘blauwe’ waterstof. Hierbij produceert men het gas wel door stoommethaanreformatie, maar beperkt men de uitstoot ook, door het afvangen en opslaan van de koolstof. Dit proces kan de hoeveelheid geproduceerde koolstof ruwweg halveren. Het is echter nog verre van emissievrij. Groene waterstof elimineert die uitstoot vrijwel volledig, door gebruik te maken van hernieuwbare energie. Energie die steeds overvloediger beschikbaar komt en die men vaak genereert op minder ideale tijden – om de elektrolyse van water aan te drijven.

Een meer recente toevoeging aan het waterstofproductiepalet is turkoois. Dit produceert men door methaan af te breken in waterstof en vaste koolstof, met behulp van een proces dat men pyrolyse noemt. Turquoise waterstof lijkt relatief laag in termen van emissies, omdat de koolstof oftewel kan worden begraven of kan worden gebruikt voor industriële processen zoals staalproductie of batterijproductie. Op deze manier komt de koolstof niet in de atmosfeer terecht.

Recent onderzoek toont echter aan dat turquoise waterstof waarschijnlijk niet meer koolstofvrij is dan de blauwe variant. Dit vanwege de uitstoot van de aardgasvoorziening en de benodigde proceswarmte.

Hoe maakt men groene waterstof?

Met elektrolyse heb je alleen water, een grote elektrolyser en een grote hoeveelheid elektriciteit nodig om grote hoeveelheden waterstof te produceren. Komt de elektriciteit uit hernieuwbare bronnen zoals wind, zon of waterkracht? Dan is de waterstof effectief groen; de enige koolstofemissies komen uit de opwekkingsinfrastructuur.

De uitdaging op dit moment is dat grote elektrolyzers schaars zijn en dat overvloedige voorraden hernieuwbare elektriciteit nog steeds een aanzienlijke prijs hebben. Vergeleken met meer gevestigde productieprocessen is elektrolyse erg duur (dus de markt voor elektrolyzers klein). En hoewel de productie van hernieuwbare energie nu groot genoeg is om een eendencurve in Californië en netproblemen in Duitsland te veroorzaken, is overproductie een relatief recente ontwikkeling. De meeste energiemarkten hebben nog steeds behoefte aan voldoende hernieuwbare energie om het net mee te bedienen.

Hoe wordt het opgeslagen en gebruikt?

Theoretisch kun je veel nuttige dingen doen met groene waterstof. Je kunt het toevoegen aan aardgas en het verbranden in thermische energie- of stadsverwarmingsinstallaties. Je kunt het gebruiken als voorloper voor andere energiedragers, van ammoniak tot synthetische koolwaterstoffen, of om direct brandstofcellen in bijvoorbeeld auto’s en schepen aan te drijven. Om te beginnen kun je het ook ‘gewoon’ gebruiken om de industriële waterstof te vervangen die men elk jaar uit aardgas maakt en die alleen al in de VS ongeveer 10 miljoen ton bedraagt.

Het grootste probleem bij het voldoen aan de wens van al deze potentiële markten is het distribueren van groene waterstof. Het opslaan en transporteren van het licht ontvlambare gas is niet eenvoudig; het neemt veel ruimte in beslag en maakt stalen buizen en lasnaden broos en vatbaar voor scheuren. Hierdoor zijn voor het bulktransport van waterstof speciale dure pijpleidingen nodig. Pijpleidingen die het gas onder druk brengen of tot een vloeistof koelen. Die laatste twee processen zijn energie-intensief en beperken de toch al teleurstellende retourefficiëntie van groene waterstof verder.

Waarom is groene waterstof on top of mind?

Een van de wegen naar bijna volledige decarbonisatie is het elektrificeren van het hele energiesysteem en het gebruik van schone, hernieuwbare energie. Maar het elektrificeren van het hele energiesysteem is moeilijk, of in ieder geval veel duurder, dan het combineren van duurzame opwekking met koolstofarme brandstoffen.

Groene waterstof is een van de vele potentiële koolstofarme brandstoffen die de plaats kunnen innemen van de huidige fossiele koolwaterstoffen. Toegegeven; waterstof is verre van ideaal als brandstof. De lage dichtheid maakt het moeilijk om op te slaan en te verplaatsen. En de ontvlambaarheid ervan is een potentieel probleem. De ontploffing van een Noors waterstoftankstation in juni 2019 benadrukte dit nog maar eens. Maar goed, ook andere koolstofarme brandstoffen hebben problemen. Niet in de laatste plaats in de vorm van hoge kosten. En aangezien de meeste van hen de productie van groene waterstof als voorloper vereisen, waarom dan niet gewoon bij het originele product blijven?

Voorstanders wijzen erop dat men in de industrie waterstof al veel gebruikt. De technische problemen met opslag en transport zijn dus waarschijnlijk niet onoverkomelijk. Bovendien is het gas potentieel zeer veelzijdig, met mogelijke toepassingen in allerlei gebieden. Variërend van verwarming en langdurige energieopslag tot transport. De mogelijkheid om groene waterstof in een breed scala van sectoren toe te passen, betekent dat er een overeenkomstig groot aantal bedrijven is dat zou kunnen profiteren van een snel groeiend waterstofbrandstofverbruik. Hiervan zijn misschien wel de belangrijkste de olie- en gasbedrijven die steeds vaker worden geconfronteerd met oproepen om te bezuinigen op de productie van fossiele brandstoffen.

Op pole position binnen ontwikkeling

Verschillende grote oliebedrijven behoren tot de spelers die strijden om de voorste plekken in de ontwikkeling van groene waterstof. Zo bevestigde Shell in mei dat het de krachten bundelt met energiebedrijf Eneco om gezamenlijk te bieden op capaciteit in de nieuwste Nederlandse offshore windtender. Hiermee creëert de combinatie een recordbrekend waterstofcluster in Nederland.

Dagen later onthulde BP’s zonne-ontwikkelaar Lightsource BP dat het momenteel een Australische groene waterstoffabriek ontwikkelt. Aangedreven door maar liefst 1,5 gigawatt aan wind- en zonnecapaciteit. De interesse van ‘big oil’ in groene waterstof is van cruciaal belang om de brandstof commercieel levensvatbaar te maken. Het verlagen van de kosten van de productie van groene waterstof vereist enorme investeringen en grootschalige schaalvergroting. Iets wat de oliemaatschappijen in een unieke positie brengt.

Hoeveel kost de productie?

Groene waterstof is vandaag de dag nog steeds duur om te produceren. In een vorig jaar gepubliceerd rapport (met gegevens uit 2018) schatte het International Energy Agency de kosten van groene waterstof op $ 3 tot $ 7,50 per kilo. Hoge prijzen, zeker vergeleken met de $ 0,90 tot $ 3,20 voor productie met behulp van stoommethaanreformatie.

Het verlagen van de kosten van elektrolyzers is van cruciaal belang om de prijs van groene waterstof te verlagen. Dat vergt echter tijd en schaal. De kosten van elektrolyzers zouden tegen 2040 met de helft kunnen dalen, stelde het IEA. De businesscase voor groene waterstof vereist zeer grote hoeveelheden goedkope duurzame elektriciteit omdat er bij elektrolyse een behoorlijke hoeveelheid verloren gaat. De efficiëntie van de elektrolyse varieert volgens Shell tussen de 60 en 80 procent.

De efficiëntie-uitdaging wordt nog verergerd door het feit dat voor veel toepassingen groene waterstof nodig is om een ​​brandstofcel mee van stroom te voorzien. Wat dus tot verdere verliezen leidt. Sommige waarnemers beweren dat de productie van groene waterstof de overtollige capaciteit van hernieuwbare energie zou kunnen opruimen. Gezien de nog steeds hoge kosten van elektrolyzers, is het echter de vraag of projectontwikkelaars voor groene waterstof bereid zouden zijn hun elektrolysers stil te laten staan ​​totdat de prijzen van hernieuwbare energie onder een bepaald niveau dalen.

Het is waarschijnlijker dat ontwikkelaars groene waterstofproductie-installaties zullen bouwen met speciale activa voor het opwekken van hernieuwbare energie op locaties met veel hulpbronnen.

Wie is op dit moment leidend in de productie van groene waterstof?

Groene waterstof lijkt op dit moment on top of mind te zijn. Minstens tien landen kijken ernaar voor toekomstige energiezekerheid en mogelijke export. Het land dat meest recent op de kar sprong, is Portugal. Dat land onthulde vorig jaar mei een nationale waterstofstrategie. Die strategie kost naar verluidt zeven miljard euro, tot 2030.

Maar ook ontwikkelaars van hernieuwbare energie zien groene waterstof als een opkomende markt. Offshore windleider Ørsted kondigde recent het eerste grote project aan dat zich exclusief richt op de transportsector. Naast zulke grote namen hoopt een groot aantal kleinere bedrijven een deel van de groeiende groene waterstoftaart te pakken te krijgen. Bedrijven zoals ITM Power zijn vandaag misschien nog niet zo bekend. Echter, als groene waterstof een fractie van zijn belofte waarmaakt, wordt het ooit enorm.

Van groot belang zijn de initiatieven die particuliere beleggers bewegen om te investeren in groene waterstof. Dit bij voorkeur gecombineerd met investering in duurzame energieopwekking. Bijvoorbeeld met FutureEnergyFund kunnen particulieren zelf investeren in de ontwikkeling van groene waterstof, gecombineerd met beleggen in wind- en zonne-energie in Duitsland.