Waterstof speelt een cruciale rol in de energietransitie: als schone brandstof én als opslagmiddel voor overtollige duurzame energie. Maar techniek alleen is niet genoeg. Opschaling vraagt om investeringen in infrastructuur, productie en wet- en regelgeving. Onder andere TNO onderzoekt de grote lijnen om waterstof breed inzetbaar te maken, terwijl de eerste praktische successen al zichtbaar zijn.
Heel kort door de bocht is waterstof (H2) een populair verbrandingsgas omdat er bij de reactie met zuurstof (O2) als restproduct uitsluitend water vrijkomt. Heel wat anders dan de CO2-emissies die ontstaan bij de verbranding van fossiele brandstoffen die gebaseerd zijn op koolstof (C).
Deze artikelen over WATERSTOF ALS ENERGIEBRON vind je vast ook interessant:
- Mobiele kraan draait op accu én waterstof
- Primeur: drone vliegt op vloeibare waterstof
- De waterstofambities van BMW
Succesvolle toepassingen in industrie en transport
In de huidige tijd zijn de nodige ontwikkelingen gedaan om waterstof te kunnen gebruiken als energiebron. Frank Mietes is partner bij website en kennisinstituut ‘Alles over waterstof’ en weet: “Over het brede geheel gezien zie je een aantal toepassingen die technisch gezien nu al een succes zijn. In de industrie wordt waterstof onder meer gebruikt voor de productie van voedsel, kunstmest, brandstoffen en producten waarbij hoge temperaturen nodig zijn, zoals staal. Ook voor niches in de mobiliteit worden kansen gezien en dan vooral bij zwaar transport waar wet- en regelgeving druk uitoefent om CO2-emissies te beperken. Elektrificatie lijkt de oplossing, maar de benodigde laadtijd is er bij zwaar lange afstandstransport eenvoudig niet. Waterstof tanken gaat wat dat betreft veel sneller.”
Waterstof is bij uitstek de ‘brandstof van de toekomst’ wanneer het om aggregaten gaat. Deze worden onder meer ingezet op klassieke locaties als bouwplaatsen, festivals of voor het voeden van noodpompen. Maar tegenwoordig vinden we ook aggregaten bij bedrijven die wachten op de netbeheerder waarbij een (zwaardere) aansluiting is aangevraagd. Tot slot is waterstof een uitstekend opslagmedium voor het overschot aan duurzaam opgewekte zonne- en/of windstroom. Het levert hiermee een bijdrage aan het verminderen van netcongestie en overbelasting van het net.
Bottlenecks: productie en infrastructuur lopen achter
Waterstof is dus een ideaal gas om de energietransitie een ‘boost’ te geven? Misschien, maar zoals gebruikelijk is de techniek alleen niet voldoende voor succes. Ook alle randvoorwaarden moeten in orde zijn en daar zijn de nodige uitdagingen vast te stellen. De belangrijkste is de beschikbaarheid van waterstof. Deze wordt enerzijds bepaald door de productiecapaciteit en anderzijds door de infrastructuur; hoe krijg ik het op de juiste plaats? Op dit moment wordt waterstof vooral in flessen en tubetrailers naar de betreffende locatie gebracht of ter plekke geproduceerd. Onderzoeken naar het gebruik van het huidige aardgasnet voor het transport van waterstof zijn ook al uitgevoerd en lijken positief. De uitvoering gaat echter traag; in 2032 zullen de grote industrieclusters worden aangesloten. Pas daarna volgt de rest van Nederland.
TNO onderzoekt kritieke schakels in de waterstofketen
TNO ondersteunt overheden, industrieën en marktpartijen met hun kennis en ervaring op het vlak van waterstof bij het vormgeven en realiseren van een duurzaam en robuust energiesysteem. Daarnaast kijkt het wetenschappelijk onderzoeksinstituut ook naar de grote lijnen die tot buiten onze grenzen lopen. Zo is eind vorig jaar een Memorandum of Understanding ondertekend door TNO en NORCE dat gericht is op langdurige strategische samenwerking op het gebied van innovatie in waterstof en energie-infrastructuur. Hierbinnen vallen onder meer de ontwikkeling van koolstofarme waterstofproductie in Nederland uit Noors gas (de meeste waterstof wordt op dit moment namelijk nog steeds geproduceerd vanuit aardgas!) en CO2-opslag op het Noorse continentale plat (het gedeelte van een continent dat onder water staat). Daarnaast zal in de samenwerking onderzoek worden gedaan naar waterstofopslag in uitgeputte reservoirs, bescherming van offshore-installaties en de maatschappelijke inbedding van waterstof en CO2-opslag.
Hiermee analyseert de studie dus de kritieke elementen van het waterstofsysteem die essentieel zijn voor de oprichting van een koolstofarme waterstofwaardeketen:
• De potentiële vraag naar koolstofarme waterstof die vanuit de productiefaciliteit in Eemshaven kan worden geleverd.
• De infrastructuurvereisten die nodig zijn voor de werking van de faciliteit.
• Het regelgevingskader dat van toepassing is op waterstof, met speciale aandacht voor het waarborgen dat regelgeving de ontwikkeling van koolstofarme waterstof niet belemmert.
• De belangrijkste drijfveren van de businesscase en mogelijke maatregelen die de financiële haalbaarheid van een LCH-faciliteit in Eemshaven kunnen verbeteren.
Opschalen van groene waterstofproductie via elektrolyse
Daarnaast ondersteunt TNO met kennis en ervaring om de productie van waterstof op te schalen. Zo is begin februari een samenwerkingsovereenkomst met GroenvermogenNL getekend om de opschaling van groene waterstof te versnellen. In dit meerjarig programma richten de partijen zich op het versnellen van innovatie en het opschalen van elektrolyse voor de productie van groene waterstof. Dit onderzoek vindt plaats in een open innovatiecentrum met als eerste stap een faciliteit voor duurtesten met elektrolysers.
Praktisch succes: de waterstofmotor
In het kader van aandrijftechniek is de waterstofmotor een van de belangrijkste ontwikkelingen. Onder andere Koninklijke van Twist ontwikkelde een aantal jaar geleden een serieuze versie op basis van hun bestaande gasmotoren en nieuw onderzoek. Omdat waterstof zeer snel ontbrandt, was het niet mogelijk het standaard ontwerp van een gasmotor voor aardgas en LPG als basis te gebruiken. Development engineer Pieter Gesthuizen: “Door heel nauwkeurig per cilinder de waterstof te injecteren, zijn we tot een eerste werkend type van een waterstofmotor gekomen. We hebben dit in principe in een kleine drie jaar voor elkaar gekregen wat sneller is dan de grote motorfabrikanten, omdat we sneller kunnen schakelen. Wel is mede hierom gekozen om de motor uitsluitend in te zetten voor ‘fixed speed’ toepassingen. Een bijkomend voordeel van onze oplossing is dat deze verbrandingsmotor ongevoelig is voor de zuiverheid van de waterstof, waardoor bij bepaalde kleuren (zie het andere kader) de reinigingsstap achterwege kan blijven.”
(Foto’s: Koninklijke van Twist, TNO, TUDelft/Willem de Kam)
