Achtergrond

'Opslag én transport, dat is de kracht’

Volgens twintig partijen, verenigd in het North Sea Energy-programma, kunnen we op de Noordzee niet alleen veel energie opwekken, maar ook goedkoop transporteren en opslaan. Maar als we dat willen, moeten we niet te lang wachten, zegt René Peters, directeur Gastechnologie bij TNO.

In de komende vijf à tien jaar worden tientallen platforms, honderden kilometers pijpleiding en honderden putten voor olie- en gaswinning op de Noordzee uit productie genomen. We hebben nu een unieke kans om die infrastructuur niet te ontmantelen, maar een nieuwe functie te geven voor transport van waterstof uit wind naar land en van CO₂ van land naar een leeg gasveld. Tijdens het evenement ‘Ingenieurs in Energietransitie’ van TW op 29 november legt René Peters (TNO) uit waarom dit op systeemniveau de beste oplossing is voor opslag en transport van duurzame energie.

Waar zit de bottleneck van dit plan?

‘Bij de kosten en de opschaling van de benodigde elektrolyse. Nu is groene waterstof uit wind nog een factor 3 à 4 duurder dan grijze (uit gas) of blauwe (uit gas met opslag van de vrijgekomen CO₂). Maar je moet kijken naar de totale systeemkosten. Als je nu al groene waterstof gaat maken, verdring je groene elektronen door grijze elektronen, want er is nog te weinig hernieuwbare stroom. Waterstof wordt op systeemniveau pas interessant als er een overschot aan wind en zon is. Dat is op zijn vroegst over tien jaar. En het mooie is: dat is precies de tijd die we nodig hebben om de kosten van elektrolyse voldoende omlaag te krijgen. We moeten van elektrolysers met een schaalgrootte van enkele MW’s naar 1 GW. Nu heeft zo’n ding de omvang van een scheepscontainer. Shell gaat er eentje in Duitsland bouwen van 20 MW op de raffinaderij. Als we windparken van 700 MW op zee zetten en daarvan een significant deel willen omzetten in waterstof, heb je elektrolysercapaciteit van enkele honderden MW’s nodig. En dat kan. Volgens fabrikanten gaan de kosten van elektrolysers flink dalen door A, standaardisatie en opschaling, zoals ook bij offshore wind is gebeurd; B, verdere ontwikkeling van polymeer elektrolyt membraan (pem)-technologie; C; door ontwikkeling van geheel nieuwe solid oxide electrolyser cells (soec).’

Volgens critici is de omzetting van stroom naar waterstof (75 %) en vervolgens weer waterstof naar stroom (55 %) zo inefficiënt, dat gebruik van waterstof energetisch zelden optimaal zal zijn. Het overall rendement is dan slechts 40 %.

‘Het voordeel van waterstof als medium wordt steeds groter naarmate je verder weg op zee zit. Dichtbij de kust zal transport via stroomkabels met wisselstroom nog steeds aantrekkelijker zijn. Voor windparken verder op zee moet je naar gelijkstroom om verliezen te beperken en wordt het erg duur. Bovendien is de vraag: zet je de waterstof weer om in elektriciteit of gebruik je het als grondstof of warmtebron? Dan is je rendement geen 40 % maar 75 %. Dit is echt een belangrijk punt: voor de industrie is het vaak veel eenvoudiger om op korte termijn over te stappen op waterstof als grondstof of voor hoge-temperatuurverwarming in plaats van elektrificatie. Zo kan de industrie sneller decarboniseren met veel minder aanpassingen. De netbeheerders maken zich grote zorgen over netcapaciteit bij massale elektrificatie. Aliander gaat uit van een benodigde verzwaring met een factor 4 à 5 als je alles elektrisch doet. Dat is duur en tijdrovend. En dat terwijl het gasnet er gewoon al ligt, met een veel grotere energetische capaciteit dan het stroomnet. Het gebruik van waterstof is energetisch suboptimaal, maar op systeemniveau wel de beste oplossing. Met waterstof los je verschillende systeemproblemen tegelijk op. De kracht van moleculen is dat ze energieopslag en transportmedium tegelijk zijn. Het is nog wel de vraag of waterstof vooral een ‘peak shaver’ zal zijn of dat elektrolysers volcontinu zullen draaien. Het is economisch natuurlijk lastig als zo’n apparaat een groot deel van de tijd stilstaat. Daarom denk ik dat ze uiteindelijk het grootste deel van tijd aan zullen staan.’

Waarom is er haast?

‘De komende vijf tot tien jaar komt de grote bulk van de platforms op de Noordzee beschikbaar. Het wordt een race tegen de klok om op tijd een nieuwe functie te hebben ontwikkeld om te voorkomen dat die infrastructuur verdwijnt. TNO maakt zich daarover zorgen. Zijn de windparken op zee wel op tijd af om het bestaande leidingstelsel voor een nieuwe functie in te zetten? Als de parken er niet op tijd zijn, zou de overheid kunnen besluiten de platforms langer te laten staan, maar iemand moet daar dan voor betalen. Als er nu niet snel een strategisch plan komt, verdwijnen er mogelijk essentiële elementen. Dan is het een reëel risico dat je hele stelsel als een kaartenhuis in elkaar stort. Dat gebeurt al aan de Engelse kant van de Noordzee.’

Kunnen bestaande gasleidingen zomaar waterstof transporteren?

‘In de leidingen zijn geen aanpassingen nodig. Wel in de aansluitingen. Daar moeten de flenzen en de kleppen vervangen worden, anders lekt het waterstof mogelijk weg. Bovendien moeten de compressoren zelf vernieuwd worden. Bij aardgas gebruikt men doorgaans centrifugaalcompressoren, bij waterstof zuigercompressoren. Je kunt waterstof probleemloos transporteren door de bestaande 36 inch-leidingen onder de Noordzee. Het industriële cluster rond Rotterdam vertegenwoordigt ongeveer de helft van de bestaande Nederlandse vraag naar waterstof. Daarin kun je voorzien door een bestaande pijpleiding op de Noordzee. Met 12 GW aan windvermogen, ongeveer zo veel als er in 2030 hoort te zijn, voorzie je in de huidige waterstofvraag van Nederland. Maar in 2050 komt er 50 of 60 GW op de Noordzee.

In Duitsland mag 10 % waterstof in het gasnet worden bijgemengd. In Nederland slechts 0,5 %, schreef u. Waarom is dat zo?

‘Het verschil is nog groter. Die 0,5 % geldt op zee. Op land mag hier slechts 0,02 % waterstof worden bijgemengd. In Duitsland gebeurt dit al langer. Het verschil is te wijten aan het feit dat in Duitsland de gaswaarden ruimer zijn afgesteld, want het haalt gas uit allerlei bronnen in Noorwegen, Rusland en Nederland. Duitse ketels kunnen met een veel grotere bandbreedte aan gassamenstelling overweg, waardoor ze overigens ook minder efficiënt branden dan Nederlandse ketels. Het grootste deel van ons gasnet is helemaal afgesteld op Gronings gas. Wij hebben een dubbel gasnet. In het hogedruknet voor de gascentrales en de industrie kan probleemloos waterstof worden bijgemengd. De enige uitzondering geldt voor fabrieken waar gas als feedstock wordt gebruikt. Daar kan niet zomaar waterstof bij.’

Kunnen we probleemloos waterstof opslaan in lege gasvelden?

‘Waterstof wordt al opgeslagen in zoutcavernes, maar in lege gasvelden nog niet. Daar wordt nu onderzoek naar gedaan. Een van de vragen is of waterstof dan gaat reageren met zwavel in het gesteente. Dan zou je waterstofsulfide krijgen, een giftig gas. Bij welke druk, temperatuur en gesteente treedt dat op? Een andere open vraag is hoe CO₂ en waterstof met elkaar samengaan. Is er concurrentie of zijn ze complementair? We kijken of het mogelijk is om CO₂ in een leeg gasveld op te slaan als buffergas en erboven waterstof als energieopslag, omdat het 22 keer lichter is. Maar misschien gaan ze juist wel met elkaar reageren; onder hoge druk en temperatuur kan dan methaan worden gevormd. Het is nog nooit gedaan in de wereld en is zeker niet triviaal. Het moet zich nog uitkristalliseren of we komen tot eenmalig of continu gebruik van zo’n leeg gasveld.’

cv René Peters

2011 – nu   Directeur Gastechnologie TNO

2015 – nu   Lid van het bestuur van de IRO

2012 – nu    Voorzitter European Forum for Reciprocating Compressors

1998 – 2011 verschillende functies TNO

1993 – 1998 Shell Research

1989 – 1993 doctoraat gasdynamica TU/e

Deel deze pagina
Abonnement

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers TW


Wilt u lid worden, een los nummer aanvragen of een adreswijziging doorgeven? Neem dan contact op met MijnTijdschrift (088-2266622). 

Of bekijk ons aanbod van abonnementen.

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Vision & Robotics

Vision & Robotics is hét onafhankelijke vakblad voor machinebouwers, system integrators en eindgebruikers van productielijnen in de maak- en agro-/foodindustrie. 

Graag meer lezen over onderwerpen zoals robotica, sensoren, kunstmatige intellegentie en nog veel meer klik hier

Vision & Robotics heeft ook een nieuwsbrief! klik hier om je in te schrijven.

TW online gratis voor jongeren

TW Investeert in technisch onderwijs

Leerlingen tot 18 jaar lezen gratis TW. Meld je aan en ontvang 24 online edities per jaar geheel gratis!

Naar boven