Verduurzaming via waterstof

Waterstof is vrij van broeikasgasemissies bij gebruik. Bij ‘verbranding’ in een brandstofcel komt er enkel water (H2+O=H2O) vrij. De productie van waterstof is niet per definitie emissievrij. Dat hangt af van de productiemethode. Het H2-Platform streeft naar de inzet van duurzaam geproduceerde, emissievrije waterstof.

Grijs blauw groen

Grijze waterstof wordt gemaakt van methaan (CH4) via het zogenoemde Steam Methane Reforming (SMR) proces. Het betreft hier doorgaans fossiel aardgas, maar het zou ook groen gas kunnen zijn dat via vergisting gemaakt is. Dat leidt dan tot tot ‘groene waterstof’. Bij de productie wordt het koolstofatoom afgesplitst van het aardgas-molecuul door dit te koppelen aan zuurstof, met CO2 als resultaat. Waterstof (H2) blijft dan over. De CO2 draagt bij aan het broeikaseffect. Deze omzetting leidt tot enig energieverlies. Voor het klimaat heeft de inzet van grijze waterstof dus niet veel zin.

Op dit moment is bijna alle waterstof die in Nederland geproduceerd wordt grijs . Dit is ongeveer 800.000 ton of bijna 100 PJ. Het overgrote deel hiervan dient als grondstof voor de industrie (olieraffinage, kunstmest en methanol).

Blauwe waterstof wordt op dezelfde wijze gemaakt als grijze waterstof. Het verschil bij blauwe waterstof is dat de CO2 – het broeikasgas – voor het overgrote deel wordt afgevangen en veilig, offshore ondergronds opgeslagen. Bijvoorbeeld in lege aardgasvelden onder de Noordzee. Bij bepaalde geavanceerde processen (ATR en POX) kan alle CO2 worden afgevangen. Bij de meer gangbare SMR-methode zal 2/3 van de CO2 worden afgevangen; de rest gaat nog steeds de lucht in (bron: Berenschot en TNO). Van de energie in aardgas gaat bij omzetting naar waterstof en afvang van CO2 ongeveer 15% verloren. Dit is veel minder dan bij CO2-afvang na verbranding, ‘post-combustion CCS’ (bron TNO en Berenschot). De industrie plant “blauwe” productiecapaciteit ter verduurzaming van de sector. Het H-vision project in Rotterdam is een goed voorbeeld.

Bij de productie van blauwe waterstof op basis van groen gas (afkomstig uit de vergisting van duurzame biomassa) resulteert het afvangen en veilig opslaan van CO2 in negatieve uitstoot. De afgevangen CO2 is immers eerder in de levensloop door deze planten en bomen uit de atmosfeer opgenomen. Het is dus zelfs mogelijk CO2 uit de atmosfeer te halen middels de productie en inzet van blauwe waterstof.

Groene waterstof wordt gemaakt uit water met behulp van groene elektriciteit. Het elektrolyse proces maakt dat water (H2O) zich splitst in zuurstof (O2) en waterstof (H2). Bij dit proces komt dus helemaal geen CO2 vrij. De productie van een kilo waterstof vergt ongeveer 50 kWh; het resultaat heeft een energiewaarde van 35 kWh. De rest van de energie wordt warmte die deels eventueel ook benut kan worden, net als de vrijgekomen zuurstof.
Het voordeel van elektrolyse is dat er zeer zuivere waterstof gemaakt wordt. Zuivere waterstof is een vereiste bij het gebruik van een brandstofcel, bijvoorbeeld bij voertuigen. Indien groene waterstof gemaakt wordt met elektriciteit uit bijvoorbeeld gascentrales, is er voor het klimaat minder voordeel. Wanneer de bron hernieuwbare elektriciteit is kan er groene waterstof gemaakt worden, die in de hele keten CO2-vrij is. Ook zijn er nu bijvoorbeeld windturbines die de windenergie direct in waterstof omzetten. Zonder dat de elektriciteit via lange kabels hoeft te worden vervoerd.

De ambitie van het Klimaatakkoord spreekt over 3-4 GW electrolyser capaciteit in 2030. Indien we uitgaan van 6000 draaiuren, dan resulteert dat in 4 GW x6000 uur = 24 TWH. Met de inzet van 24 TWh aan elektriciteit kunnen we 480.000 ton waterstof produceren. Na aftrek van conversieverliezen krijgen we dan zo 60 PJ aan H2. Zo verduurzamen we een groot deel van de huidige grijze waterstof productie (100 PJ).