120 1 Bijlage Waterstofmemo

S muleren toepassing waterstof door gemeente Midden-Groningen 1. Aanleiding De raad hee vragen gesteld over de mogelijkheden van de toepassingen van waterstof en de financiële consequen es hiervan. Mogelijkheden voor waterstof worden vooral besproken in rela e tot de gebouwde omgeving en transport (mobiliteit en distribu e). Dit memo beschrij de (on)mogelijkheden van de toepassing van waterstof voor deze beide sectoren. Ook wordt kort ingegaan op de rol van waterstof als opslagmedium.

2. Produc e, aanbod en vraag van waterstof 2.1

Duurzame produc e van waterstof

Waterstof kan mogelijk aardgas vervangen en een bijdrage leveren aan de energietransi e. De huidige gasleidingen kunnen, met enige aanpassingen, worden hergebruikt, en bij verbranding van waterstof komen géén vervuilende stoffen vrij, maar slechts water. Waterstof wordt tot nu toe niet gewonnen uit de natuur, maar moet gemaakt worden, meestal met behulp van water, en op dit moment nog, voornamelijk uit aardgas. Dit wordt grijze waterstof genoemd. Waterstof kan ook op basis van elektrolyse worden opgewekt. Elektrolyse is een proces waarbij elektriciteit wordt gebruikt. Via elektrolyse wordt waterstof gewonnen uit zuiver water. Als waterstof met behulp van duurzaam opgewekte elektriciteit wordt gemaakt, dan wordt dit groene waterstof genoemd. Bij de produc e van waterstof via elektrolyse gaat zo’n 30% aan energie verloren (vooral warmte), en bij opslag en transport nog 20%.

2.2

Aanbod van Waterstof

Omdat er in Nederland voorlopig géén overschot is van duurzame energie wordt er nog nauwelijks groene waterstof geproduceerd. Er zijn momenten van overschot van duurzame elektriciteit, maar als alleen die momenten worden gebruikt om waterstof te maken kan de benodigde elektrolyzer niet efficiënt worden ingezet. De verwach ng is daarom dat de komende 5 tot 10 jaren nog niet veel waterstof geproduceerd zal worden, en dat de beschikbare waterstof ook nog erg duur zal zijn. De totale waterstofproduc e in Nederland bedroeg in 2019 ongeveer 8000 ton. De ingescha8e energiebehoe e van de industrie zal in 2030 1 miljoen ton zijn; dat is meer dan 100 keer zo veel. Het gaat niet lukken al deze waterstof duurzaam op te wekken. Zo zal het windpark Hollandse Kust Noord zo’n 300 MW inze8en om waterstof te produceren; dat is (slechts) goed voor ongeveer 10.000 ton groene waterstof. Totaal wil de regering rond 2030 uitkomen op 3 tot 4 GW elektrolysecapaciteit waarmee groene waterstof wordt geproduceerd uit wind- en zonne-energie. Daarmee is nog een factor 10 te overbruggen om alleen al aan de vraag van de industrie te kunnen voldoen.

De verwach ng is dat we voorlopig aAankelijk zijn van import van waterstof uit het buitenland en dat waterstof niet snel wordt ingezet voor andere doelen dan waarvoor geen alterna ef is, zoals in de industrie.

2.3

Kosten van waterstof

Volgens schaBngen van de Europese Commissie kost groene waterstof momenteel tussen de 2,5 en 5 euro per kilogram. Dit is aanzienlijk duurder dan grijze waterstof, dat wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen zoals aardgas en momenteel rond de 1,5 euro per kilogram kost. 1 kilogram waterstof bevat ongeveer 33,3 kilowa8uur (kWh) aan energie wanneer het wordt verbrand in een brandstofcel. Dit is aAankelijk van de efficiën e van de brandstofcel die wordt gebruikt om de waterstof om te ze8en in elektriciteit. Bij een maximale prijs van 5 euro per kilo waterstof zou je daarmee voor 15 cent per kWh elektriciteit kunnen maken. Dat is een factor 2 á 3 hoger dan wanneer je duurzame elektriciteit maakt op basis van zon- of windenergie.

3. Gebouwde omgeving 3.1

Hoe kun je waterstof gebruiken in de gebouwde omgeving?

Waterstof wordt geproduceerd met elektriciteit. Als er waterstof beschikbaar is, dan zijn er twee manieren om waterstof in te ze8en om je huis te verwarmen: 1) de waterstof direct als gas in de CVketel gebruiken of 2) de waterstof gebruiken voor het opwekken van elektriciteit (via een brandstofcel) en deze elektriciteit vervolgens gebruiken om een warmtepomp aan te drijven. Als waterstof in een CV-ketel wordt verbrand blij uiteindelijk de hel van de oorspronkelijke energiehoeveelheid over in de vorm van warmte voor een woning. Als de waterstof in een brandstofcel wordt omgezet in elektriciteit, en met de geproduceerde elektriciteit een warmtepomp wordt aangedreven blij 2 keer zo energie over. Gebruik je ook de restwarmte uit dit proces dan blij er 2,5 keer zoveel energie over. In beide gevallen is het energe sch gezien slimmer om de elektriciteit die gebruikt wordt om waterstof te produceren direct te gebruiken voor een warmtepomp. Met dezelfde hoeveelheid elektriciteit kan met een warmtepomp namelijk zo’n 6 keer zoveel warmte worden geproduceerd dan wanneer hiermee waterstof wordt geproduceerd en daarna wordt ingezet in een CV-ketel voor produc e van warmte. Kortom, waterstof lijkt dus niet de meest voor de hand liggende op e om woningen te verwarmen. Daarnaast is er op dit moment nog nauwelijks waterstof beschikbaar, zoals in de vorige paragraaf beschreven.

En als er al waterstof beschikbaar is, gaat het naar de industrie. In de industrie is waterstof één van de weinige alterna even voor toepassing van aardgas. De geplande waterstoffabriek in de Eemshaven (op basis van elektriciteit van een groot aantal geplande windmolens op zee) zal met name produceren voor de industrie. Een belangrijke voorwaarde voor de overstap naar waterstof is ook dat er voldoende groene waterstof voorhanden is. Want als we grijze waterstof verstoken in CV-ketels levert dat geen bijdrage aan de reduc e van de CO2-uitstoot. Van de huidige waterstofproduc e is het overgrote deel nog grijs.

3.2

Klimaatakkoord gebouwde omgeving

Vanuit het Klimaatakkoord wordt voor de gebouwde omgeving aangegeven dat voor 2050 duidelijk moet zijn hoe waterstof kan bijdragen aan het realiseren van het doel voor 2050, mogelijk voor gebouwen en wijken die moeilijk op een andere manier te verduurzamen zijn. De komende jaren is er ruimte voor pilots en demo’s. Hiervoor wordt ruimte gecreëerd in wet- en regelgeving en ingezet op wijkgerichte aanpakken. Medewerking aan project Wagenborgen Ook in onze buurt is zo’n experiment, bij het project in Wagenborgen. Hierin wordt niet volledig overgeschakeld op waterstof. Bij dit project worden namelijk bij de woningen flinke isola emaatregelen genomen én er wordt een warmtepomp ingezet om zo min mogelijk waterstof te hoeven gebruiken. Het gaat dus bij dit project om de aanleg van een hybride warmtepomp in combina e met toepassing van waterstof. In koude periodes wordt een waterstof cv-ketel als backup (en voor het tapwater) ingezet. Een opvaBng die nog wel eens passeert is dat waterstof goedkoper is omdat er geen extra isola emaatregelen meer hoeven te worden genomen. Dat is in dit experiment dus niet van toepassing. In het kader van deze pilot zal binnenkort in Midden-Groningen bij melkveebedrijf Eelshuis (uit Siddeburen) in Midden-Groningen waterstof worden gemaakt voor het project Wagenborgen.

4. Waterstof in transport en mobiliteit 4.1

Waterstof in (personen) auto’s

Een auto die op waterstof rijdt, is een auto met een elektrische motor. Waterstof wordt als vloeistof getankt en met een brandstofcel omgezet naar elektriciteit. Bij de produc e van waterstof met elektriciteit (elektrolyse) gaat tussen de 20 tot 40% van de energie verloren, dan houd je dus nog zo’n 70% over. Bij het gebruik van deze waterstof in een personenauto (eerst omzeBng naar elektriciteit en vervolgens omzeBng in de elektrische motor) gaat ongeveer 50% van de energie verloren. Grofweg zou je dus kunnen spreken van een totaalrendement van 35%. Je kunt de elektriciteit ook rechtstreeks laden in een ba8erij. Dat is wat er gebeurt in de huidige elektrische auto. Het rendement van een ba8erij in een elektrische auto is met ongeveer 95% veel hoger. Je kunt jezelf dan afvragen: waarom gebruik je de waterstof niet direct in een verbrandingsmotor? Een dieselmotor lijkt daar aardig voor geschikt. Het rendement van de moderne verbrandingsmotor is ongeveer 30% voor een benzinemotor en 40% voor een dieselmotor. Dat komt doordat het omze8en van warmte in bewegingsenergie een moeilijk proces is. Het rendement daarvan is begrensd door de we8en van de thermodynamica, dus veel is daar niet meer aan te verbeteren. Elektrische auto’s zijn in dit opzicht dus stukken beter. Het omze8en van elektriciteit in bewegingsenergie hee in de prak jk een rendement van ongeveer 90%.

Echter kan een deel van de remenergie worden teruggewonnen via regenera ef (recupererend) remmen. Dit leidt tot een rendement van ongeveer 95%. Bij zeer drukke verkeerssitua es en langzaam verkeer wordt het efficiën everschil tussen de voertuigen met een verbrandingsmotor en de elektrische varianten dus groter. De verwach ng is dat het voordeel van een elektrische auto ten opzichte van andere types alleen maar toeneemt.

Figuur 2 gee hier inzicht in. De figuur toont de klimaa minpact, in tonnen CO2, van verschillende typen voertuigen, in 2020 en 2030. Uit de figuur is op te maken dat qua materiaalgebruik en assemblage de elektrische auto en waterstofauto slechter scoort dan de benzineauto maar dat de totale klimaa mpact van de elektrische auto het laagst is.

Figuur 2: Elektrische auto’s nu en in 2030 het meest efficiënt, bron: Centrum voor Energiebesparing 2020

4.2

Kosten van aanschaf waterstof-auto

Naast dat een waterstof-auto minder efficiënt is, is de aanschaf van een waterstof-auto ook duurder dan een elektrische auto. Je betaalt al snel meer dan 60.000 euro voor een waterstof-auto. Dat is zo’n 20 á 30% meer dan voor een vergelijkbare elektrische variant. Voor zwaarder vervoer, dat wil zeggen vrachtwagens, lijkt waterstof een op e. Echter, voorlopig is ook deze toepassing met brandstofcel nog erg duur. Zo kost bijvoorbeeld een vuilnisauto zo’n 250.000 euro meer dan een normale vuilnisauto (350.000 euro t.o.v. normaal 100.000 euro). Daarnaast moet bij aanschaf, wil de bedrijfsvoering niet in gevaar komen, het huidige wagenpark nog als back-up beschikbaar blijven. Dit vanwege de kinderziektes en regelma ge updates van de huidige watersto oepassingen. Daarnaast gaan de ontwikkelingen wat betre elektrisch vervoer voor de zwaardere voertuigen erg snel. Er zijn al elektrische vrachtwagens op de markt voor vergelijkbare prijzen als waterstofvrachtwagens. Mogelijk dat ook voor het zwaardere-vervoer-segment de watersto echnologie wordt ingehaald door de ba8erijvoertuigen.

4.3

Invloed gemeente Midden-Groningen op waterstof en transportsector in bredere zin

De lokale overheid, zo ook de gemeente Midden-Groningen, hee beperkte mogelijkheden om de ontwikkelingen in de transportsector te beïnvloeden. Wij kunnen het elektrisch rijden van onze

burgers bevorderen door laadpalen voor onze burgers te faciliteren. En bij aanbestedingen van ons eigen wagenpark en/ of het openbaar vervoer kan de overheid eisen stellen aan de duurzaamheid van de voertuigen. Op de produc e van waterstof en de marktontwikkelingen van watertechnologie hebben zij echter beperkt invloed. Anders dan dat we medewerking kunnen verlenen aan pilots op ons grondgebied. Zowel het laadpalen faciliteren als het meewerken aan pilots is dan ook wat wij momenteel in de prak jk brengen.

5. Waterstof als opslagmedium Waterstof kan een geschikte opslagmethode zijn voor grootschalige energieopslag, vooral wanneer er sprake is van fluctuerende energiebronnen zoals wind- en zonne-energie. Een opgeslagen hoeveelheid waterstof kan worden ingezet op die momenten dat er (te) weinig elektriciteit beschikbaar is. De extra elektriciteit kan met brandstofcellen op waterstof worden opgewekt. De vrijkomende restwarmte bij dit proces is ook inzetbaar. Waterstof heef een veel hogere energiedichtheid dan ba8erijen en is daarom geschikt voor toepassingen waarbij veel energie nodig is, zoals bijvoorbeeld in vrachtwagens of bussen. Echter, het omze8en van waterstof naar elektriciteit in een brandstofcel hee wel een conversie-efficiën e die lager is dan die van ba8erijen, wat betekent dat er energie verloren gaat in het omzeBngsproces. De kosten van opslag van elektriciteit in accu’s zijn nog steeds hoger dan die van andere opslagtechnologieën, zoals waterstof, maar de prijzen blijven dalen en het poten eel voor grootschalige toepassingen van accu’s blij groeien. Ook wat dit aspect betre krijgt waterstof dus steeds meer concurren e.

6. Conclusie Waterstof lijkt niet de meest voor de hand liggende op e om woningen mee te verwarmen. Door conversieverliezen bij onder andere de produc e van waterstof is het effciënter de electriciteit rechtstreeks in een warmtepomp te gebruiken en daar de woning mee te verwarmen. Daarnaast is de toepassing van waterstof alleen gewenst als deze met duurzame electrici eit geproduceerd wordt, en deze groene waterstof is nog nauwelijks beschikbaar. Voor transport is waterstof voorlopig nog erg duur. En ook hee waterstof veel concurren e van elektrisch rijden. Elektrisch rijden is aanzienlijk efficiënter, en de totale milieu-impact van elektrisch rijden is lager. Ook hee de lokale overheid beperkte invloed om de transportsector te beïnvloeden. Daarnaast zijn de kosten van waterstof, elektriciteit geproduceerd met waterstof, en elektrische voertuigen erg hoog vergeleken met beschikbare alterna even. Wij zien dan ook geen aanleiding om de huidige ac viteiten voor toepassing van waterstof in de gebouwde omgeving of het vervoer te intensiveren. Tot slot … er zijn signalen dat waterstof betaalbaar beschikbaar kan komen, bijvoorbeeld op basis van natuurlijke vondsten (zie kader hieronder).

Maar ook in dat geval ligt het meer voor de hand deze waterstof in te ze8en voor óf de produc e van elektriciteit voor de momenten dat er tekorten zijn, óf voor de inzet in de industrie, dan deze waterstof te gebruiken voor het verwarmen van woningen of in verbrandingsmotoren.

… Wi e waterstof Recent is buiten alle verwach ngen waterstof in de natuur gevonden in een rendabel te winnen hoeveelheid. Dat waterstof voorkomt in de natuur is daarbij niet verrassend, alleen ging men er van uit dat deze waterstof zich in zo moeilijk bereikbare bodemlagen zou bevinden dat winning niet rendabel zou kunnen plaatsvinden. Daar denkt men nu, sinds de verklaring van de vondst in 2019, anders over. De vraag is in hoeverre deze vondst inderdaad leidt tot meerdere bereikbare vindplaatsen van rendabel winbare waterstof. Voorlopig zijn er zoekgebieden in verschillende Afrikaanse landen, Australië, Zuid Amerika, de V.S. Frankrijk en Spanje, van deze ‘vrije’ waterstof.