De kosten van CO2-arme waterstof

Duurzame of, accurater, CO2-arme waterstof kan op drie manieren worden geproduceerd: door middel van elektrolyse met duurzame elektriciteit (groene waterstof); door vergassing van biogrondstoffen (biowaterstof) en door stoomreforming van methaan in combinatie met CCS (blauwe waterstof). Peter Pery van het Centre for Energy Economics Research van de Rijksuniversiteit Groningen heeft onlangs de kosten van deze verschillende productiemethoden vergeleken. Hij concludeert in een rapport dat blauwe waterstof de goedkoopste optie is gevolgd door groene waterstof en biowaterstof. Pery tekent daar wel bij aan dat deze uitkomst kan veranderen wanneer de prijs van aardgas op het huidige, in historisch perspectief uitzonderlijk hoge niveau blijft of nieuwe innovatieve vergassingstechnologie wordt ontwikkeld.

De grootschalige productie van CO2-arme waterstof is een vast onderdeel van alle Europese en nationale klimaatplannen die tot nu toe zijn opgesteld. Waterstofgas heeft immers belangrijke voordelen. Het is een volwaardige vervanger van aardgas en kan dus relatief gemakkelijk worden getransporteerd en opgeslagen. Voor de energie-intensieve industrie is het bovendien een aantrekkelijk duurzaam alternatief, omdat gas in tegenstelling tot elektriciteit een geschikte energiedrager is voor productieprocessen waarvoor hoge temperaturen benodigd zijn. Ook andere bedrijfstakken die hun CO2-voetafdruk willen verkleinen zoals de transportsector en energiebedrijven hebben hun hoop (deels) op CO2-arme waterstof gevestigd.

Plannen en proefprojecten

Tot nu toe, observeert het rapport, is het vooral bij plannen en proefprojecten gebleven. De eerste grootschalige fabrieken van CO2-arme waterstof moeten nog worden gebouwd. Daar komt bij dat er nog geen consensus bestaat over welke productiemethode structureel de voorkeur verdient. Onduidelijk is ook of verschillende technologieën naast elkaar kunnen worden toegepast. Op dit moment concentreren de plannen zich voornamelijk op het produceren van groene waterstof door middel van elektrolyse, waarbij de benodigde hernieuwbare stroom afkomstig zal zijn van nieuwe grootschalige windparken op de Noordzee.

Dat de aandacht voornamelijk uitgaat naar wat volgens onderzoeker Pery dus de duurste optie is, komt ook doordat waterstofproductie uit methaan of biogrondstoffen (biomassa) omstreden is. Hoewel het IPCC van mening is dat CCS onmisbaar is om de klimaatdoelen van Parijs te kunnen halen, beschouwen veel insiders het niet als een structurele oplossing. Ook de inzet van biogrondstoffen roept veel discussie op, omdat de productie van met name houtige biomassa niet duurzaam zou zijn en er netto nog steeds sprake zou zijn van aanzienlijke CO2-emissies. Daar stellen voorstanders tegenover dat dit bezwaar niet geldt als de benodigde grondstof duurzaam wordt geproduceerd of een afvalproduct is.

Nadelen van groene waterstof

Het rapport wijst afgezien van de hoge kosten op enkele andere nadelen van groene waterstof. Duurzame elektriciteit is schaars. Waterstofproductie door middel van elektrolyse moet dus concurreren met directe toepassing van wind- en zonnestroom voor transport, warmtepompen, enzovoort. Iets wat de stroomprijs automatisch omhoog zal jagen. Al met al, stelt het rapport, is het belangrijk om de andere productiemethoden (waterstof uit methaan + CCS en biowaterstof) niet af te schrijven. Een voordeel van vergassing ten opzichte van de inzet van wind- of zonne-energie voor de productie van groene waterstof – naast de schaarste van hernieuwbare stroom – is dat de werking niet afhankelijk is van het weer maar slechts van de beschikbaarheid van grondstoffen en de effectiviteit van de chemische processen.

Het rapport beschrijft twee vormen van vergassing: thermale en superkritische vergassing. Het eerste is een (gedeeltelijk) oxidatieproces, waarbij droge biomassa wordt omgezet in een gasvormig mengsel van waterstof, koolmonoxide, methaan en kooldioxide. Dit mengsel is direct bruikbaar, bijvoorbeeld in warmtekrachtcentrales, of kan kan worden opgewerkt tot pure waterstof of synthetisch aardgas door middel van methanisatie.

Voor (duurdere) superkritische vergassing wordt rioolslib als grondstof gebruikt. Dit proces vindt onder hoge temperatuur en druk plaats. Een oplossing van water en het rioolslib valt, nadat de vereiste omstandigheden zijn bereikt, uiteen in een mengsel van methaan, waterstof en kooldioxide.

Marktontwikkelingen bepalend

Welke van de vier methoden op langere termijn het kostenefficiëntst zal blijken te zijn, hangt aldus Peter Pery in hoge mate af van toekomstige marktontwikkelingen. Het rapport analyseert de invloed van de energie- en biogrondstofprijzen op de concurrentiepositie van elk van de beschikbare technologieën. Bijvoorbeeld: om groene waterstof economischer te maken dan blauwe waterstof moet de aardgasprijs hoger zijn dan 50 euro per MWh (ongeveer 49 cent per M3) bij een stroomprijs van 60 euro per MWh. Aan die voorwaarde wordt door de gascrisis waarin we ons momenteel bevinden, ruimschoots voldaan. De meeste analisten verwachten echter dat dat de prijzen zullen dalen als de geopolitieke situatie zich weer stabiliseert. Zo niet, dan hebben groene waterstof en thermale biowaterstof toch de beste papieren.

De studie van het Centre for Energy Economics Research is gratis te downloaden vanaf dit webadres:

https://www.rug.nl/ceer/blog/ceer-policy-paper-11-final.pdf

Twitter
LinkedIn
Blijf op de hoogte met KVGN