De groene cocktail: aardgas met een scheut waterstof

In ‘Het geheimzinnige eiland’ liet hij een ingenieur in gloedvolle bewoordingen spreken over dit toekomstvisioen. ,,Ja, mijn vrienden, ik ben er van overtuigd dat water op een dag als brandstof zal worden gebruikt, en dat waterstof (…) een onuitputtelijke bron van warmte en licht zal vormen!”

Wetenschappers hebben de afgelopen eeuw steeds opnieuw geëxperimenteerd met waterstofenergie. Soms uit noodzaak. Zo werden voor het Apollo-project en de Space Shuttles brandstofcellen ontwikkeld die uit waterstof en zuurstof elektriciteit en water maakten – voor gebruik aan boord.

Grootschalig onderzoek in de Verenigde Staten naar opslag, transport en rendement leek in de jaren zeventig een doorbraak in te luiden. Maar hoge kosten en kelderende olieprijzen gooiden roet in het eten.

Nu lijken de kansen weer gekeerd voor het gas dat lichter is dan lucht. Energiebedrijven en autofabrikanten zetten zwaar in op de waterstofeconomie. De voorraden fossiele brandstoffen zijn immers niet oneindig.

Waterstofgas is wel een ‘onuitputtelijke’ energiebron: je kunt het uit water produceren. Daar waar het nodig is, kun je waterstof met een brandstofcel omzetten in elektriciteit. En zoals BMW onlangs liet zien, is gebruik van waterstof in verbrandingsmotoren ook mogelijk.

In beide gevallen komt op de plaats van gebruik uitsluitend waterdamp vrij. Geen kooldioxide en % minstens even belangrijk % geen schadelijke emissies zoals zwaveldioxide, koolmonoxide, stikstofoxiden en onvolledig verbrande koolwaterstoffen. Waterstofenergie zal het broeikaseffect niet versterken, noch de beroerde luchtkwaliteit en smog in sommige grote steden verder doen verergeren.

Deze voordelen ten opzichte van fossiele brandstoffen wegen zwaar. Meer dan ooit geven bedrijven gehoor aan de oproep van overheid en consument om het milieu te ontzien. Zonder een ‘groen’ imago geen license to operate.

Cirkel

De waterstofeconomie is geen vrijblijvende optie meer maar een serieus toekomstscenario. In de energiesector vergen ingrijpende veranderingen echter vaak tientallen jaren. Alleen al het aanpassen van de infrastructuur aan de waterstofeconomie zou miljarden kosten. Bedrijven moeten wel bijzonder overtuigd zijn van de voordelen voor ze zo’n grote stap nemen. Bovendien is er nog veel onderzoek nodig, met name naar de veiligheidsaspecten.

Zo dreigt een vicieuze cirkel te ontstaan. Bedrijven deinzen (nog) terug voor een miljardeninvestering in een nieuwe infrastructuur, maar zonder die nieuwe infrastructuur blijven experimenten met waterstofenergie, hoe interessant ook, altijd kleinschalig. De waterstofautobussen in Amsterdam zijn er een voorbeeld van. Dat maakt het lastig om optimaal onderzoek te doen naar grootschalige productie, opslag en distributie van waterstof.

Voor het onderzoeksproject ‘(vG)2 Vergroening van gas’, werken Delftse onderzoekers samen met onder meer de Gasunie, de Groningse universiteit en het Rotterdamse Gemeentelijk Havenbedrijf. Ze kijken naar de mogelijkheden om in het Nederlandse aardgasnet waterstof als energiedrager te introduceren. ,,Door centraal waterstof te maken en dat vervolgens te mengen bij het aardgasnet, kun je een bijdrage leveren aan het terugdringen van de uitstoot van kooldioxide in ons land”, vertelt ir. Gerard Dijkema, werkzaam bij de sectie Industrie, Energie en Milieu (IEM) van de faculteit Techniek Bestuur en Management. Bijkomend voordeel is dat de aardgasvoorraad minder snel slinkt. En de consument kan kiezen: aardgas zonder of met waterstof (‘vergroend’).

Prof.dr.ir. Margot Weijnen van IEM ziet veel voordelen in dit transitiesysteem. ,,Natuurlijk zullen we hier en daar nieuwe waterstofleidingen moeten aanleggen, willen we waterstof mengen bij de mengstations van het aardgasnet. De Randstad ligt het meest voor de hand. Daar komen veel nieuwe woonwijken en bedrijventerreinen. Langs het waterstoftracé kun je experimenten doen met zuivere waterstoftoepassingen.”

Het onderzoek richt zich ook op het gedrag van mengsels van aardgas en waterstof. Op het gasnet aangesloten apparatuur kan niet zomaar worden blootgesteld aan een nieuwe ‘mix’. Dijkema: ,,Aardgas vervangen door waterstof: hoe ver kun je bij bestaande gasfornuizen en cv-ketels gaan? Daar doen we ook onderzoek naar.”

Weijnen: ,,Waterstof is niet onveiliger dan benzine of aardgas, maar heeft een ‘gevaarlijk’ imago. Mensen denken aan de ramp met de Hindenburg, die overigens vooral veroorzaakt werd door de slechte kwaliteit van de materiaalhuid van die zeppelin.”

Dijkema: ,,De gassector heeft destijds óók het vertrouwen van de gebruikers moeten winnen. Om de veiligheid van gastransport en %levering te garanderen ontwikkelde men technologie, beheerssystemen. Ze introduceerden het aardgasmerk, de vereiste diploma’s voor reparateurs. Die aanpak werkte: sinds de jaren zestig zijn er nauwelijks meer ongelukken geweest met aardgas. Zo veilig moet de waterstofeconomie ook zijn. Daarom is binnen ‘Vergroening van gas’ aandacht voor de invloed van waterstof op de sterkte en lekdichtheid van bestaande pijpleidingen.”

Veiligheid is een belangrijk aspect, maar centraal in het onderzoek staan vragen als: hoe zou de infrastructuur er in een waterstofeconomie uitzien? Welke alternatieve ontwerpen zijn er? En wat is bepalend voor het meest succesvolle alternatief? Weijnen: ,,We kijken naar factoren als kosten, regelgeving, gevestigde belangen, technologie die al beschikbaar of nog in ontwikkeling is, enzovoorts. Het is niet vanzelfsprekend dat die infrastructuur dezelfde grootschaligheid heeft als die van het aardgassysteem. Je kunt talloze variaties bedenken.”

Urgent

Droomde Jules Verne van het maken van waterstof uit water, voor grootschalige productie is waterstof uit aardgas vooralsnog goedkoper en aantrekkelijker. Hierbij komt wel kooldioxide vrij. Weijnen: ,,Maar die emissie vindt niet plaats in honderdduizend huishoudens, maar op de plek waar je de waterstof maakt. Daar kun je de kooldioxide tegen relatief lage kosten scheiden van de waterstof. Je kunt het ondergronds opslaan, of gebruiken voor enhanced oil recovery, maar liever zien we dat het zuivere CO2 eerst gebruikt wordt – in hoogwaardige industriële toepassingen, waarna het vervuilde CO2 alsnog kan worden opgeslagen. Hier in Delft zijn heel wat schone scheidingsprocessen ontwikkeld die gebruikmaken van superkritische CO2.”

Veranderingen in energie-infrastructuren vragen om een heel lange adem, weet Weijnen, tenzij er sprake is van een sense of urgency. ,,En internationaal is die er niet overal. Kijk naar de houding van de Verenigde Staten als het om het Kyoto-verdrag gaat. In Japan en noordwest-Europa ligt het anders. In Duitsland heeft de industrie zich verenigd in een consortium dat de regering pusht om een infrastructuur voor waterstofeconomie aan te leggen. Ze willen duidelijkheid: in welk energiescenario moeten we nu gaan investeren? Het is belangrijk dat de overheid consistent beleid voert.”

Nederland beschikt over de nodige expertise voor productie en gebruik van waterstof. Zo gebruiken Rotterdamse olieraffinaderijen en petrochemische bedrijven waterstof om olie en benzine steeds verder te ontzwavelen, conform de steeds strengere Europese richtlijnen. Het Rijnmondgebied beschikt over een grote infrastructuur om bedrijven van waterstof te voorzien. Dijkema: ,,Dat kan helpen om een nieuw type bedrijven te trekken: geavanceerde metaalindustrie, maar ook life science en faramaceutische industrie. Zo krijg je een meer divers industrieel cluster, minder kwetsbaar voor economische terugslag.”

Weijnen: ,,Voor ons is Rotterdam een casus om onze tanden op te scherpen. We willen bijvoorbeeld graag weten hoe de ontwikkeling van de economie de energievraag beïnvloedt. Als het Havenbedrijf de uitkomsten van ons onderzoek een plaats geeft in Havenplan 2030 % prachtig, natuurlijk. Maar het is geen blauwdruk. We zijn geen consultants. Voor ons gaat het om de technisch-wetenschappelijke uitdaging.”

Een maatschappij die draait op energie uit waterstof. Jules Verne had in 1874 geen moeite om het zich voor te stellen. In ‘Het geheimzinnige eiland’ liet hij een ingenieur in gloedvolle bewoordingen spreken over dit toekomstvisioen. ,,Ja, mijn vrienden, ik ben er van overtuigd dat water op een dag als brandstof zal worden gebruikt, en dat waterstof (…) een onuitputtelijke bron van warmte en licht zal vormen!”

Wetenschappers hebben de afgelopen eeuw steeds opnieuw geëxperimenteerd met waterstofenergie. Soms uit noodzaak. Zo werden voor het Apollo-project en de Space Shuttles brandstofcellen ontwikkeld die uit waterstof en zuurstof elektriciteit en water maakten – voor gebruik aan boord.

Grootschalig onderzoek in de Verenigde Staten naar opslag, transport en rendement leek in de jaren zeventig een doorbraak in te luiden. Maar hoge kosten en kelderende olieprijzen gooiden roet in het eten.

Nu lijken de kansen weer gekeerd voor het gas dat lichter is dan lucht. Energiebedrijven en autofabrikanten zetten zwaar in op de waterstofeconomie. De voorraden fossiele brandstoffen zijn immers niet oneindig.

Waterstofgas is wel een ‘onuitputtelijke’ energiebron: je kunt het uit water produceren. Daar waar het nodig is, kun je waterstof met een brandstofcel omzetten in elektriciteit. En zoals BMW onlangs liet zien, is gebruik van waterstof in verbrandingsmotoren ook mogelijk.

In beide gevallen komt op de plaats van gebruik uitsluitend waterdamp vrij. Geen kooldioxide en % minstens even belangrijk % geen schadelijke emissies zoals zwaveldioxide, koolmonoxide, stikstofoxiden en onvolledig verbrande koolwaterstoffen. Waterstofenergie zal het broeikaseffect niet versterken, noch de beroerde luchtkwaliteit en smog in sommige grote steden verder doen verergeren.

Deze voordelen ten opzichte van fossiele brandstoffen wegen zwaar. Meer dan ooit geven bedrijven gehoor aan de oproep van overheid en consument om het milieu te ontzien. Zonder een ‘groen’ imago geen license to operate.

Cirkel

De waterstofeconomie is geen vrijblijvende optie meer maar een serieus toekomstscenario. In de energiesector vergen ingrijpende veranderingen echter vaak tientallen jaren. Alleen al het aanpassen van de infrastructuur aan de waterstofeconomie zou miljarden kosten. Bedrijven moeten wel bijzonder overtuigd zijn van de voordelen voor ze zo’n grote stap nemen. Bovendien is er nog veel onderzoek nodig, met name naar de veiligheidsaspecten.

Zo dreigt een vicieuze cirkel te ontstaan. Bedrijven deinzen (nog) terug voor een miljardeninvestering in een nieuwe infrastructuur, maar zonder die nieuwe infrastructuur blijven experimenten met waterstofenergie, hoe interessant ook, altijd kleinschalig. De waterstofautobussen in Amsterdam zijn er een voorbeeld van. Dat maakt het lastig om optimaal onderzoek te doen naar grootschalige productie, opslag en distributie van waterstof.

Voor het onderzoeksproject ‘(vG)2 Vergroening van gas’, werken Delftse onderzoekers samen met onder meer de Gasunie, de Groningse universiteit en het Rotterdamse Gemeentelijk Havenbedrijf. Ze kijken naar de mogelijkheden om in het Nederlandse aardgasnet waterstof als energiedrager te introduceren. ,,Door centraal waterstof te maken en dat vervolgens te mengen bij het aardgasnet, kun je een bijdrage leveren aan het terugdringen van de uitstoot van kooldioxide in ons land”, vertelt ir. Gerard Dijkema, werkzaam bij de sectie Industrie, Energie en Milieu (IEM) van de faculteit Techniek Bestuur en Management. Bijkomend voordeel is dat de aardgasvoorraad minder snel slinkt. En de consument kan kiezen: aardgas zonder of met waterstof (‘vergroend’).

Prof.dr.ir. Margot Weijnen van IEM ziet veel voordelen in dit transitiesysteem. ,,Natuurlijk zullen we hier en daar nieuwe waterstofleidingen moeten aanleggen, willen we waterstof mengen bij de mengstations van het aardgasnet. De Randstad ligt het meest voor de hand. Daar komen veel nieuwe woonwijken en bedrijventerreinen. Langs het waterstoftracé kun je experimenten doen met zuivere waterstoftoepassingen.”

Het onderzoek richt zich ook op het gedrag van mengsels van aardgas en waterstof. Op het gasnet aangesloten apparatuur kan niet zomaar worden blootgesteld aan een nieuwe ‘mix’. Dijkema: ,,Aardgas vervangen door waterstof: hoe ver kun je bij bestaande gasfornuizen en cv-ketels gaan? Daar doen we ook onderzoek naar.”

Weijnen: ,,Waterstof is niet onveiliger dan benzine of aardgas, maar heeft een ‘gevaarlijk’ imago. Mensen denken aan de ramp met de Hindenburg, die overigens vooral veroorzaakt werd door de slechte kwaliteit van de materiaalhuid van die zeppelin.”

Dijkema: ,,De gassector heeft destijds óók het vertrouwen van de gebruikers moeten winnen. Om de veiligheid van gastransport en %levering te garanderen ontwikkelde men technologie, beheerssystemen. Ze introduceerden het aardgasmerk, de vereiste diploma’s voor reparateurs. Die aanpak werkte: sinds de jaren zestig zijn er nauwelijks meer ongelukken geweest met aardgas. Zo veilig moet de waterstofeconomie ook zijn. Daarom is binnen ‘Vergroening van gas’ aandacht voor de invloed van waterstof op de sterkte en lekdichtheid van bestaande pijpleidingen.”

Veiligheid is een belangrijk aspect, maar centraal in het onderzoek staan vragen als: hoe zou de infrastructuur er in een waterstofeconomie uitzien? Welke alternatieve ontwerpen zijn er? En wat is bepalend voor het meest succesvolle alternatief? Weijnen: ,,We kijken naar factoren als kosten, regelgeving, gevestigde belangen, technologie die al beschikbaar of nog in ontwikkeling is, enzovoorts. Het is niet vanzelfsprekend dat die infrastructuur dezelfde grootschaligheid heeft als die van het aardgassysteem. Je kunt talloze variaties bedenken.”

Urgent

Droomde Jules Verne van het maken van waterstof uit water, voor grootschalige productie is waterstof uit aardgas vooralsnog goedkoper en aantrekkelijker. Hierbij komt wel kooldioxide vrij. Weijnen: ,,Maar die emissie vindt niet plaats in honderdduizend huishoudens, maar op de plek waar je de waterstof maakt. Daar kun je de kooldioxide tegen relatief lage kosten scheiden van de waterstof. Je kunt het ondergronds opslaan, of gebruiken voor enhanced oil recovery, maar liever zien we dat het zuivere CO2 eerst gebruikt wordt – in hoogwaardige industriële toepassingen, waarna het vervuilde CO2 alsnog kan worden opgeslagen. Hier in Delft zijn heel wat schone scheidingsprocessen ontwikkeld die gebruikmaken van superkritische CO2.”

Veranderingen in energie-infrastructuren vragen om een heel lange adem, weet Weijnen, tenzij er sprake is van een sense of urgency. ,,En internationaal is die er niet overal. Kijk naar de houding van de Verenigde Staten als het om het Kyoto-verdrag gaat. In Japan en noordwest-Europa ligt het anders. In Duitsland heeft de industrie zich verenigd in een consortium dat de regering pusht om een infrastructuur voor waterstofeconomie aan te leggen. Ze willen duidelijkheid: in welk energiescenario moeten we nu gaan investeren? Het is belangrijk dat de overheid consistent beleid voert.”

Nederland beschikt over de nodige expertise voor productie en gebruik van waterstof. Zo gebruiken Rotterdamse olieraffinaderijen en petrochemische bedrijven waterstof om olie en benzine steeds verder te ontzwavelen, conform de steeds strengere Europese richtlijnen. Het Rijnmondgebied beschikt over een grote infrastructuur om bedrijven van waterstof te voorzien. Dijkema: ,,Dat kan helpen om een nieuw type bedrijven te trekken: geavanceerde metaalindustrie, maar ook life science en faramaceutische industrie. Zo krijg je een meer divers industrieel cluster, minder kwetsbaar voor economische terugslag.”

Weijnen: ,,Voor ons is Rotterdam een casus om onze tanden op te scherpen. We willen bijvoorbeeld graag weten hoe de ontwikkeling van de economie de energievraag beïnvloedt. Als het Havenbedrijf de uitkomsten van ons onderzoek een plaats geeft in Havenplan 2030 % prachtig, natuurlijk. Maar het is geen blauwdruk. We zijn geen consultants. Voor ons gaat het om de technisch-wetenschappelijke uitdaging.”