Advertentie
analyse

De waterstofeconomie: wonder of waanzin?

Het consortium Hydrogen Import Coalition verwacht dat de lng-terminal van Fluxys in Zeebrugge een sleutelrol zal spelen om waterstof van elders in de wereld t importeren. ©Jonas Lampens

Waterstof is de grootste groene hype van het moment, waarmee we in principe fossielvrij kunnen rijden, varen, vliegen, verwarmen en produceren. Maar de productie van groene waterstof vreet elektriciteit. Waar die vandaan moet komen, is onduidelijk. Wordt de hype een koude douche?

Even terug naar januari 2016. Een winterse koudeprik drijft het Europese elektriciteitsnet tot het uiterste. Op het hoogtepunt trekken de Europeanen samen een vermogen van 546 gigawatt uit het stopcontact, een record. De elektriciteitscentrales draaien op volle toeren.

Stel, je zou al die elektriciteit afgetapt hebben en gebruiken om waterstof van te maken. Dat is min of meer de omvang van de waterstofambities waar de Europese Commissie binnen 30 jaar naartoe wil. Ze rekent tegen 2050 op 500 gigawatt aan waterstoffabrieken, leert voetnoot nummer 35 van de hyperambitieuze Europese waterstofstrategie. Als die allemaal tegelijk draaien, zouden ze bijna evenveel stroom verbruiken als vandaag in heel Europa op piekmomenten opgewekt wordt door alle elektriciteitscentrales, windturbines en zonnepanelen samen. En dan moet de rest van de economie nog van elektriciteit worden voorzien.

Het immense geloof in waterstof is geen toeval. Al in 1970 schreef de Amerikaanse kernfysicus Lawrence Jones van de universiteit van Michigan dat vloeibare waterstof in de 21ste eeuw de logische vervanger zou worden van fossiele brandstoffen.

In theorie heeft het meest voorkomende element in het heelal het potentieel om uit te groeien tot de alleskunner van de hedendaagse economie. Het gas kan eenvoudig gemaakt worden door water onder stroom te zetten (elektrolyse), waardoor het uiteenvalt in waterstof en zuurstof. Als die waterstoffabrieken (elektrolysers) bovendien op groene stroom draaien, komt bij de productie en het gebruik van groene waterstof geen CO₂ of ander broeikasgas vrij.

De grote klimaatslag

De industrie en de elektriciteitsproductie staan voor bijna de helft van alle CO2-uitstoot in België. De Tijd gaat op zoek naar technologieën die in die industrie op grote schaal het verschil kunnen maken.

Hoe kunnen staal- en cementfabrieken, olieraffinaderijen en de chemiesector de komende decennia hun uitstoot wegwerken? Waar kunnen ze fossiele brandstoffen vervangen door elektriciteit of waterstof? En leidt CO2-opvang tot een doorbraak?

Groene waterstof wordt gezien als een belangrijk puzzelstuk om fossiele brandstoffen te vervangen en de klimaatverandering tegen te gaan. Al wat vandaag nog gebeurt met olie, aardgas en kolen kan in theorie ook met waterstof om zo de uitstoot van broeikasgassen te vermijden. Auto’s en vrachtwagens kunnen op waterstof rijden. Woningen kunnen ermee verwarmen. Er kan duurzame brandstof mee gemaakt worden voor schepen en vliegtuigen. De industrie kan het als grondstof en als warmtebron gebruiken en waterstof kan als buffer dienen om elektriciteit op te wekken op momenten dat er geen windenergie en zon is.

Door het te vermengen met afgevangen CO₂ uit fabrieksschouwen kan van waterstof zelfs synthetisch methaan gemaakt worden, ter vervanging van aardgas. Of je kan er de vloeibare brandstoffen methanol of ethanol mee maken, basisgrondstoffen in de chemie voor allerhande materialen zoals plastics.

Het potentieel voor hernieuwbare energie is in het dichtbevolkte België gewoon te beperkt.’, zegt Bob Van Schoor van Engie.
Bob Van Schoor
Hoofd industriële energie oplossingen Engie

De Europese Commissie verwacht dat er tegen 2050 tot 470 miljard euro geïnvesteerd zal worden in groene waterstof. De Nederlandse vicevoorzitter Frans Timmermans plaatste waterstof in het hart van de Europese Green Deal en in de Europese herstelplannen is in miljarden voorzien om de waterstofgolf op gang te krijgen. De komende tien jaar wil Europa van nagenoeg nul naar 40 gigawatt aan elektrolysecapaciteit, een vermogen gelijk aan veertig grote kerncentrales of bijna twee keer de totale stroomproductiecapaciteit van België.

Belgische animo

In navolging van het groene voluntarisme van Europa regent het ambitieuze aankondigingen. Frankrijk, Duitsland en Spanje mikken tegen 2030 op respectievelijk 7 miljard en twee keer 9 miljard euro aan investeringen. In Nederland, waar de overheid binnen tien jaar 3 à 4 gigawatt aan waterstoffabrieken hoopt te bekomen, stelden privébedrijven al voor het drievoudige aan projecten in het vooruitzicht, berekende de krant NRC. Of ze die installaties ook daadwerkelijk bouwen, zal ervan afhangen of ze ook de verhoopte miljardensubsidies binnenhalen.

Ook in België roeren verschillende bedrijven zich. Gasnetbeheerder Fluxys en de retailgroep Colruyt plannen in Zeebrugge een waterstoffabriek van 25 megawatt (MW), om met stroom van de windparken op zee waterstof te maken. In Oostende mikken het havenbedrijf, de baggeraar DEME en de Vlaamse investeringsmaatschappij PMV tegen volgend jaar op een installatie van 50 MW, om tegen 2025 uit te breiden naar het zesvoudige. Een investering van ‘honderden miljoenen euro’s’. De havens van Antwerpen en Gent hebben elk een industrieel consortium rond de productie van methanol op basis van groene waterstof en in Charleroi zetten het energiebedrijf Engie, de kalkproducent Carmeuse en de industriegroep John Cockerill een waterstofproject op van 75 MW om synthetische methaan te maken.

Het komende decennium wordt cruciaal om de technologie van groene waterstof via schaalvergroting naar subsidievrij gebied te loodsen.
Steven Engels
Benelux-directeur Ørsted

Het leidingnet voor transport staat eveneens in de stijgers. Fluxys bracht in kaart op welke plaatsen pijpleidingen nodig zijn. De gasnetbeheerder wil de komende tien jaar de hoofdassen uitbouwen voor waterstoftransport en gaat daarvoor zowel nieuwe leidingen aanleggen als bestaande aardgasleidingen ombouwen. In combinatie met de uitbouw van een CO₂-leidingnet plant Fluxys dit decennium 1,4 miljard euro te investeren in waterstofinfrastructuur. In een recent interview in De Tijd noemde CEO Pascal De Buck de komende tien jaar ‘cruciaal’ voor de ontwikkeling ervan. Ook de voorbereidingen voor connecties met het buitenland lopen volop, in de eerst plaats naar het industriegebied in Rotterdam en naar het Ruhrgebied.

Miljardensubsidies

Nu al gebruikt de industrie waterstof, bijvoorbeeld in raffinaderijen om aardolie te ontzwavelen. Maar de productie ervan, zogenoemde grijze waterstof, gebeurt nog voornamelijk met fossiele brandstoffen. Zo maakt Air Liquide in de Antwerpse haven waterstof door aardgas op te splitsen, een proces waarbij grote hoeveelheden CO₂ vrijkomen in de atmosfeer.

Die grijze waterstof is voorlopig veruit de goedkoopste. Vandaag zou het in België ruim dubbel zo duur zijn om waterstof te maken van groene stroom in plaats van via de klassieke route met aardgas. Een voorbereidende studie voor het Zeebrugge-project van Colruyt en Fluxys schat dat groene waterstof pas tussen 2030 en 2040 het kantelpunt bereikt en de aantrekkelijkste keuze wordt ten opzichte van grijze of blauwe waterstof, gemaakt van fossiele brandstof, maar met CO₂-afvang.

‘Groene waterstof is nog te duur’, zegt Bob Van Schoor, hoofd industriële energie- oplossingen bij Engie. ‘Als je er synthetische methaan mee maakt, liggen de kosten vier keer te hoog om concurrentieel te zijn met gewoon aardgas. Methanol op basis van groene waterstof is twee keer te duur. Projecten zitten dus nog met een enorm financieringstekort dat bijgepast zal moeten worden met subsidies. Bijna de volledige kapitaalinvestering zal moeten worden gesubsidieerd om de kloof te dichten, met daarnaast ook een deel van de elektriciteitskosten.’

De industrie rekent erop dat groene waterstof naarmate ze op grotere schaal geproduceerd wordt fors in prijs daalt en dat subsidies dus alleen in de beginperiode nodig zullen zijn. ‘Niemand had kunnen voorspellen dat de kostprijs voor wind op zee de voorbije tien jaar zo dramatisch zou zakken’, zegt Steven Engels, de Benelux-directeur van Ørsted, ’s werelds grootste ontwikkelaar van windenergie op zee. ‘Diezelfde dynamiek van schaalvergroting en kostendalingen valt ook te verwachten voor elektrolysers en groene waterstof.’

Zelfs met de geplande uitbouw van wind- en zonne-energie zal er in Europa tot 2045 geen enkel kilowattuur groene stroom op overschot zijn.
Ronnie Belmans
Professor energiesystemen KU Leuven

Ørsted plant in de Nederlandse Noordzee een windpark zo groot als alle huidige Belgische windparken samen, om daarmee een waterstoffabriek van 1 gigawatt aan te drijven en bedrijven van Vlissingen tot Gent van groene waterstof te voorzien. ‘Het komende decennium wordt cruciaal om de technologie van groene waterstof via schaalvergroting naar subsidievrij gebied te loodsen’, zegt Engels. ‘Al rond 2030 kunnen we het kantelpunt bereiken waarop groene waterstof concurrentieel wordt met grijze waterstof. We gaan dan naar een volwaardige waterstofmarkt, zoals we die nu voor aardgas kennen, met producenten, consumenten, importlocaties en een netwerk van pijpleidingen tussen de belangrijkste industriële clusters.’

Behoefte aan elektriciteit maal drie

Er rest dan wel nog een belangrijk struikelblok. Het Federaal Planbureau becijferde dat in een Europees klimaatneutraal scenario de vraag naar elektriciteit in België zal verdrievoudigen tegen 2050, zowel volgens de piste waarbij we zo veel mogelijk elektriciteit rechtstreeks gebruiken, als wanneer België de route volgt met eigen grootschalige productie van waterstof. Hernieuwbare energie heeft dus een gigantische inhaalslag nodig om de grootse beloftes van de waterstofeconomie in te kunnen lossen.

‘We zullen er niet geraken met kleine stapjes, door hier en daar eens 50 MW aan zon en windcapaciteit bij te plaatsen’, zegt Danielle Devogelaer, energiespecialist van het Planbureau. ‘Je hebt de komende dertig jaar echt een fundamentele transformatie van het energiesysteem nodig.’

Devogelaer becijferde dat als België zijn waterstof grotendeels zelf zou produceren, daarvoor tegen 2050 tot 117 terawattuur (TWh) aan groene stroom nodig zou zijn. Ter vergelijking, het totale elektriciteitsverbruik de voorbije jaren in België schommelde rond 85 TWh, waarvan in 2020 slechts 15 TWh opgewekt werd door wind- en zonne-energie. Je zou dus de volledige huidige stroomproductie hernieuwbaar moeten maken en méér om alleen nog maar de waterstoffabrieken te bevoorraden (zie grafiek). Daarnaast zou nog ruim 130 TWh extra nodig zijn voor het overige elektriciteitsverbruik, dat sterk zal toenemen door de verdere elektrificatie van wagens, verwarming en industrie.

De uitbouw van hernieuwbare energie botst ondertussen op het ene obstakel na het andere. Op de volgebouwde Vlaamse bodem werden vorig jaar amper 31 windmolens geplaatst (goed voor 82 MW) en duurt het soms langer dan tien jaar om een vergunning te krijgen. Het fiasco met de terugdraaiende teller zette het enthousiasme voor zonnepanelen onder druk en de Belgische Noordzee bereikt binnen tien jaar haar limiet van wat er aan windmolens gebouwd kan worden.

‘Het potentieel voor hernieuwbare energie is in het dichtbevolkte België gewoon te beperkt’, zegt Bob Van Schoor van Engie. ‘Neem nu de staalfabriek van ArcelorMittal in Gent. Als je die volledig op waterstof wil laten draaien, heb je 4 gigawatt aan elektrolyse nodig, het equivalent van wat vier kerncentrales samen produceren. Dat is totaal ondoenbaar.’

Ook Ronnie Belmans, professor energiesystemen aan de KU Leuven en de CEO van het onderzoeksinstituut EnergyVille, noemt het waanzin te denken dat we alles met waterstof kunnen doen. ‘Al de groene stroom die we opwekken, zullen we rechtstreeks nodig hebben om ons elektriciteitsverbruik te verduurzamen, om elektrische wagens op te laden en om de verwarming van gebouwen te decarboniseren met warmtepompen’, zegt hij. ‘Zelfs met de ambitieuze uitbouw van wind- en zonne-energie zoals voorzien in de klimaatplannen zal in Europa tot 2045 geen enkele kilowattuur groene stroom op overschot zijn. En dan moet de industrie nog elektrificeren en zullen datacentra een enorme extra elektriciteitsvraag genereren. Als Europa daarbovenop ook nog tientallen terawattuur extra vraag wil creëren voor de productie van groene waterstof, eet het in feite een stuk van de koek op en zal elders onvoldoende groene stroom beschikbaar zijn.’

Professor Belmans pleit ervoor, en met hem veel andere energiespecialisten, om spaarzaam om te springen met waterstof. Het zal in de eerste plaats moeten dienen om die onderdelen van de economie te verduurzamen waarvoor geen alternatieven zijn: als grondstof in de industrie en om brandstoffen te maken voor de internationale scheep- en luchtvaart.

Om onze huizen te verwarmen of ons te verplaatsen is het gebruik van waterstof ‘onzin’, zegt Belmans. ‘Waarom zou je elektriciteit gebruiken om er waterstof van te maken en die waterstof in je wagen weer omzetten in elektriciteit om mee te rijden? Bij iedere tussenstap gaat immers energie verloren. Als je elektriciteit rechtstreeks kan gebruiken, heeft dat altijd de voorkeur. Met eenzelfde hoeveelheid stroom rijd je in een batterij-elektrische wagen 2,5 tot 3 keer verder dan in een waterstofauto. Voor de verwarming van gebouwen is de handicap van waterstof nog groter. In vergelijking met een warmtepomp heb je zes keer meer elektriciteit nodig als je er waterstof van maakt en die verbrandt in een hoogrendementsketel. Aan de wetten van de thermodynamica valt niet te tornen. Wie dat wel doet, riskeert bakken vol geld overboord te gooien.’

Importeren

De industrie hoopt ondertussen dat waterstof van elders in de wereld een uitweg kan bieden. Het consortium Hydrogen Import Coalition, met Engie, DEME, Exmar, Fluxys, Port of Antwerp Bruges en Waterstofnet, rekent vanaf 2030-2035 op de grootschalige import van waterstof uit het buitenland. Spanje, Marokko, Chili, Oman of zelfs Australië lenen zich ertoe om heel goedkoop wind- of zonne-energie te oogsten. Met die goedkope hernieuwbare energie kan dan ter plaatse waterstof gemaakt worden. Door ze om te zetten naar andere moleculen zoals ammoniak, methanol of synthetisch methaan, valt ze vlot naar hier te transporteren per schip.

Het consortium verwacht dat de lng-terminal (voor vloeibaar aardgas) van Fluxys in Zeebrugge vanaf 2035 110 TWh aan waterstof of verwante energiedragers zal importeren, bijna een kwart van de totale energievraag vandaag in België als je elektriciteit, gas, olie en andere brandstoffen samenneemt.

Toch is het geen gelopen race. ‘We moeten beseffen dat de hele wereld naar die groene molecule kijkt als een belangrijke oplossing voor het klimaatonheil’, zegt Devogelaer. ‘De vraag naar waterstof op de wereldmarkt zal groot zijn. Het is dus geen evidentie dat er een overvloed aan goedkope waterstof beschikbaar komt. Het zou wel eens een zeer volatiele wereldmarkt kunnen worden.’

Devogelaer vergelijkt het met de oliemarkt vandaag. ‘De olie van Saoedi-Arabië komt ook niet op de markt tegen de prijs waartegen het land die oppompt. Ik denk dat sommigen zich miskijken op de lage productiekosten voor hernieuwbare energie in bepaalde landen met veel plaats, zon en wind. Dat ze goedkoop waterstof kunnen produceren, wil niet zeggen dat ze hun product tegen een lage prijs op de markt brengen.’

Dat sommige landen goedkoop waterstof kunnen produceren, wil nog niet zeggen dat ze hun product ook tegen een lage prijs op de markt zullen brengen.
Danielle Devogelaer
Energiespecialist Planbureau

Tomas Wyns, onderzoeker industriële klimaattransitie aan de VUB, sluit niet uit dat de chemische industrie zich in de toekomst verplaatst naar die locaties met een overvloed aan goedkope hernieuwbare energie en waterstof. ‘Landen met veel ruimte, zon en wind zullen een competitief voordeel hebben’, zegt hij. ‘Maar vandaag hebben we hier ook geen olie- en gasvoorraden en toch hebben we in de Antwerpse haven een hub van bedrijven die er zeer goed in slaagt om ze naar hier te halen en te bewerken. Het toekomstig economisch model kan gelijkaardig zijn. We kunnen in plaats van olie of gas waterstof of afgeleide producten importeren om ze te verwerken dicht bij de Europese afzetmarkten.’

Voor de industrie hier wordt het een zaak van levensbelang. Ze krijgt van Europa nog dertig jaar om klimaatneutraliteit te bereiken, ongeveer één industriële investeringscyclus. Bij alle grote investeringen die vandaag gebeuren, dringt zich dus de vraag op of ze wel toekomstbestendig zijn. Zeggen dat waterstof het probleem zal oplossen, volstaat niet als investeerders niet tegelijk een antwoord bieden op de essentiële vraag: waar zal al die hernieuwbare energie vandaan moeten komen?

Drie vragen over waterstof

1. Welke soorten waterstof zijn er?

Waterstof bestaat in alle kleuren van de regenboog. Het kleur- en geurloze gas verandert niet daadwerkelijk van tint, maar de kleur geeft aan hoe het gas geproduceerd werd. Vandaag is vooral grijze waterstof gangbaar. Het is gemaakt door aardgas op te splitsen, een proces waarbij grote hoeveelheden CO2 vrijkomen in de atmosfeer. In de toekomst kan die CO2 grotendeels worden afgevangen (blauwe waterstof) of er kan met zonne- en windenergie groene waterstof gemaakt worden. Daarnaast zijn er nog talloze alternatieven, zoals aardgaspyrolyse (turquoise waterstof) of elektrolyser- waterstoffabrieken aangedreven door kernenergie (paarse waterstof).

2. Waarvoor kan waterstof dienen?

Nu al gebruikt de industrie waterstof, bijvoorbeeld in raffinaderijen om aardolie te ontzwavelen. Maar de mogelijkheden van het energiehoudende gas gaan veel verder. Al wat nu nog met fossiele brandstoffen gebeurt, kan in theorie ook met waterstof: rijden, varen, vliegen, verwarmen of de productie van materialen zoals staal, kunstmest en plastics.
In de praktijk zal waterstof echter schaars blijven. Het zal in de eerste plaats ingezet worden op die plaatsen waar het anders nagenoeg onmogelijk wordt de CO2-uitstoot weg te werken. Vooral als grondstof in de industrie is er potentieel, en om brandstoffen te maken voor de internationale scheep- en luchtvaart.

3. Hoe groen is groene waterstof?

Velen hebben hun hoop gevestigd op groene waterstof gemaakt met elektriciteit. Om duurzaam te zijn moeten waterstoffabrieken dan wel volledig op groene stroom draaien. In de praktijk is dat verre van evident zolang een groot deel van de elektriciteit op het net van fossiele bronnen komt. ‘Als je nu een elektrolyser aanzet, zal elders in Europa een kolen- of gascentrale aanschakelen om die extra stroom te produceren met een zeer hoge CO2-uitstoot’, zegt Ronnie Belmans, professor aan de KU Leuven. ‘Een waterstofproducent kan wel een rechtstreeks afnamecontract afsluiten voor groene stroom van een windpark, maar daarmee verschuift het probleem alleen. Die groene stroom kan dan niet meer elders in de economie gebruikt worden om pakweg de verwarming van een gebouw te verduurzamen.’

Lees verder

Advertentie
Advertentie
Advertentie
Advertentie