Waar blijft de waterstofinfrastructuur? | Technisch Weekblad
Achtergrond
shell

Waar blijft de waterstofinfrastructuur?

In 2050 heeft Nederland zijn CO2-uitstoot met 95 % gereduceerd ten opzichte van 1990. Tenminste, dat is de bedoeling. Volgens deskundigen is dat alleen mogelijk als ook waterstof als alternatieve energiebron voor vervoer wordt ingezet. Technologisch kan het, maar in de praktijk komt het maar niet van de grond.

Hyundai had in 2014 met de IX35 FCEV de eerste brandstofcelauto in Nederland; Rijkswaterstaat kocht er twee. Op 6 juli 2016 startte Toyota in ons land met de verkoop van zijn brandstofcelauto Mirai; inmiddels rijdt staatssecretaris Dijksma ermee rond. Volgend jaar komt Mercedes-Benz met zijn GLC als plug-in hybride met brandstofcel. Deze auto kan op waterstof 500 km ver komen en op elektriciteit 50 km. De brandstofcel voor de nieuwe GLC is 30 % kleiner, 30 % efficiënter, 40 % krachtiger en vergt 90 % minder platina dan een voorganger uit 2010. En ook de kosten van waterstofauto’s in het algemeen dalen.

Maar waar moeten waterstofrijders tanken? In Rhoon kunnen ze sinds 2014 terecht bij een station van Air Liquide. De ANWB Wegenwacht vult er zijn Renault Kangoo, voorzien van Franse Symbio Fcell. Daarnaast heeft WaterstofNet een station in Helmond. In het noorden is Holthausen Gassen actief geweest om startup-klanten voor een waterstofstation te zoeken en is daarin volgens directeur Carl Holthausen geslaagd. Eind 2017 opent een waterstoftankstation op industrieterrein Westpoort Groningen. Er zijn verder plannen voor stations in Arnhem, Breda, Utrecht, Hoogezand en Den Haag, maar betrokkenen wachten op Europese subsidie. Samen met voornemens voor nog meer waterstofvulpunten hoopt de overheid in 2020 minimaal twintig waterstofstations in Nederland te hebben.

Bernard Dam, hoogleraar Materials for Energy Conversion and Storage aan de TU Delft: ‘Dat ‘hoopt’ betekent dat een langetermijnvisie en bijbehorende ondersteuning ontbreken. Toepassing van een fundamentele doorbraak kost minimaal vijftien jaar. Het vergt mega-investeringen en opboksen tegen de bestaande infrastructuur. Dat vereist keuzes, een samenhangende visie en afstemming met ketenpartijen.’

‘De brandstofinfrastructuur kost honderden miljoenen, maar aanpassing van productielijnen door automobiel­fabrikanten vergt miljarden’

Hoewel de brandstofcel technologisch klaar is, blijft doorontwikkeling wenselijk. Emeritus hoogleraar Ton Schoot Uiterkamp van het Centrum voor Energie en Milieukunde (IVEM) van de Rijkuniversiteit Groningen voorziet een wederzijds versterkende ontwikkeling van de elektrische en de brandstofcelauto. ‘De brandstofcelauto heeft een waterstof­infrastructuur en een kleiner opslagvolume nodig. De elektrische auto moet sneller kunnen laden en zijn actieradius verbeteren.’

Jan Piet van der Meer, directeur van de Nederlandse Waterstof en Brandstofcel Associatie (NWBA) concludeert dan ook: ‘De accu is geen eindpunt. Het gaat naar accu’s én brandstofcellen.’ Dr. Alice Elliott, Senior Hydrogen Engineer bij Shell Global Solutions International in Amsterdam: ‘Beide technologieën zijn geschikt om emissies (uit de stad) te verplaatsen en beide kunnen zowel deels duurzaam starten als uiteindelijk helemaal duurzaam worden ingericht. Waterstof is geschikt voor alle afstanden en zowel lichtere als zwaardere toepassingen, e-mobiliteit vooral voor kortere afstanden en lichtere voertuigen.’ Van der Meer vult aan: ‘Daar is een mooie grafiek voor: tot afstanden van 60 à 70 km zijn accu’s het meest efficiënt, daarboven brandstofcellen.’

Wel verschilt het zwaartepunt voor de investeringen in tijd. Elliott: ‘Investeringen in waterstof zijn nu nodig, terwijl grootschalige e-mobiliteit later enorme investeringen in elektriciteitsnetten vergt.’ Volgens Van der Meer zit het elektriciteitsnet van Amsterdam nu al tegen zijn limiet. ‘Investeringen in waterstofinfrastructuur verdien je wel terug, maar versterking van het elektriciteitsnet niet.’

Compacte opslag, een flinke actieradius en snel tanken biedt waterstof allemaal al. Schoot Uiterkamp: ‘Je rijdt ongeveer 100 km op een kilogram waterstof en fabrikanten kunnen gemakkelijk een 7 kg-tank integreren. De 585 km van München naar Berlijn afleggen zonder te tanken – de maatstaf in Duitsland.’ Dam stemt in: Er zijn geen technologische bezwaren en de waterstofauto’s zijn voldoende betrouwbaar.’ Elliott: ‘Hetzelfde geldt voor de tankinfrastructuur. Dankzij jarenlange ervaring met diverse waterstofstations in de VS en Europa zijn we de pilotfase voorbij. We zijn klaar om waterstof gestandaardiseerd uit te rollen.’

Stimulerende rivaliteit

‘De omslag naar de brandstofcel is dan ook vooral een politiek en organisatorisch verhaal’, concludeert Dam. ‘Japan zet een infrastructuur op en wil de Olympische spelen in 2020 ophangen aan de waterstofeconomie. Het land is goed in langetermijnplanning en geleidelijke ontwikkeling. Dat is nodig, want uit het niets is zo’n nieuwe technologie niet concurrerend.’

Rivaliteit werkt stimulerend; Duitsland laat als grote autoproducent het speelveld niet aan Japan over. Van der Meer: ‘Beide landen kennen een langetermijn-industriepolitiek. Die ontbreekt bij ons.’ Cruciaal voor een doorbraak is een complete keten: geen stations zonder omzet, geen auto’s zonder klanten. Sinds 2015 werkt in Duitsland een consortium van Shell, Total, ÖMV, Linde, Air Liquide en Daimler aan de introductie onder de naam H2 Mobility Germany.

Dat opende de weg naar een investering van € 350 miljoen voor de bouw van vierhonderd stations tot 2023. ‘De eerste tien jaar zijn ze nog niet rendabel’, benadrukt Elliott. ‘Er is nog subsidie nodig. Daarvoor zorgt een groot Duits programma samen met Europese fondsen.’

Belangrijk is dat ook Volkswagen, BMW en andere automobielfabrikanten als geassocieerde partners betrokken zijn. Ze adviseren over stationslocaties en hebben zich gecommitteerd aan de bouw van brandstofcelauto’s. Cruciaal, volgens Elliott: ‘De brandstof­infrastructuur kost honderden miljoenen, maar aanpassing van productielijnen door automobielfabrikanten vergt miljarden. H2 Mobility Germany stemt deze investeringen op elkaar af.’

De meeste waterstofpompstations bieden waterstof op basis van aardgasreforming (zie onder). ‘Die fossiele basis leidt toch al tot 30 % CO2-reductie, omdat de conversie-efficiëntie van de brandstofcel twee keer zo hoog is als bij de brandstofmotor’, weet Van der Meer. In maart 2015 realiseerde Shell het eerste nieuwe waterstoftankstation bij Hamburg. Dit station produceert waterstof via elektrolyse uit water. Dat is de volledig duurzame, maar nog dure productiemethode. Schoot Uiterkamp verwacht dat die technologie snel goedkoper zal worden. Het station benut zoveel mogelijk de tijdelijke overschotten in het elektriciteitsnet, wanneer de stroom niets kost of afname zelfs geld oplevert. In 2015 waren er in Duitsland 46 van zulke dagen. Neemt het aantal klanten toe, dan zal er meer moeten worden betaald voor de elektriciteit, maar dat kan dan ook. Dit balansmechanisme kan de opmars van waterstof vergemakkelijken.

Dure lessen

Inmiddels heeft Shell de waterstofoptie toegevoegd aan zeven Duitse pompstations. Elliott: ‘Als het winterweer meezit, komen er de komende maanden nog acht bij. Dan loopt de uitrol vrijwel volgens planning. De realisatie van 350 stations in zes jaar is ambitieus, maar de voornaamste boodschap is: dit komt voor elkaar.’ Shell is er trots op dat het lukte om al bij het eerste station de waterstofpomp zonder onderbreking van de normale brandstofverkoop toe te voegen. Elliott: ‘Er zijn geen ‘showstoppers’, wel de normale, verwachte problemen van een onrijpe toeleveringsketen, zoals een gebrekkige beschikbaarheid van componenten. Als een station een storing heeft, kan de consument niet even naar een volgend station rijden. Daarom is betrouwbaarheid één van de belangrijkste criteria bij oplevering van een nieuw waterstofstation.’

Volgens Van der Meer zou Nederland er goed aan doen om aan te sluiten bij de Duitse plannen: uitrol vanuit Duitsland naar Nederland lijkt vanwege de economische verwevenheid een logische vervolgstap. Shell onderzoekt momenteel voor Nederland of daarvoor mogelijkheden zijn. Elliott: ‘Rond 2000 hebben we met onze eerste pogingen tot introductie van waterstof dure lessen geleerd. Destijds waren de normen en standaarden nog niet rijp, nu wel. Een tweede cruciale punt is dat we het niet alleen kunnen. Er is een keten nodig, zonder samenwerking komen er nooit klanten.’

Iets dat ook nodig is volgens Elliott is fiscale stabiliteit en die is er maar tot 2020. ‘Wat komt daarna? Mogelijkheden voor samenwerking zijn er, bijvoorbeeld met infrastructuurbouwer Pitpoint. Hyundai en Toyota zien weinig ruimte om in Duitsland aan te haken en vinden de Benelux ideaal om een waterstofinfrastructuur te introduceren. Maar je krijgt partijen met drie jaar zekerheid niet bereid om minimaal tien jaar te investeren’, aldus Elliott.

Het SER Energieakkoord biedt een basis voor brede politieke consensus, betoogt Van der Meer. ‘Aardgas werd destijds binnen zes jaar geïntroduceerd dankzij de leidende rol van de overheid. Waarom zou dat nu niet kunnen? Er is nog veel kennis over de uitrol en ontwikkeling van nieuwe infrastructuur destijds. Die kennis kunnen we nu toepassen. De verwachting is dat de waterstofeconomie zich vanaf 2030 zelf kan bedruipen. Er zit een gezond businessmodel achter. Zonder zekerheid, sturing en steun kom het zover niet, de markt gaat dit niet oplossen. Met twintig miljard uit mobiliteitsbelastingen is het geld er, de technologie is er, de bedrijven zijn er. Maar is de wil er ook?’

Waterstofproductie

Er zijn verschillende methoden om waterstof te produceren voor het gebruik in brandstofcelauto’s. Enkele hiervan zijn:

  • Aardgasreforming. Stoom reageert op temperaturen tussen de 700 en 1.100 °C met aardgas, wat syngas, een gasmengsel van koolstofmonoxide en waterstof, als product oplevert: H2O + CH4 → CO + 3 H2;
  • Water-gassplitsing. Bij een temperatuur rond de 130 °C reageert koolstofmonoxide met stoom: CO + H2O → CO2 + H2;
  • Elektrolyse. Onder invloed van elektriciteit, wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof: 2 H2O → 2 H2 + O2.
Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW