Dossier Waterstof

 

Blauwe waterstof als breekijzer

Waterstof kan een belangrijk onderdeel zijn in het toekomstige energiesysteem. Groene waterstof heeft daarbij de voorkeur. Toch zien experts blauwe waterstof uit organische stromen als noodzakelijke tussenvorm om de markt snel tot wasdom te laten komen. Voorwaarde voor deze vorm van waterstof is carbon capture and storage (CCS, red.). Een rapport van de universiteiten van Cornell en Stanford sabelde de milieuvoordelen van blauwe waterstof echter neer. Inmiddels hebben meerdere experts zich uitgesproken tegen de conclusies. Met name de aannames rond methaanlekken zijn zeer ruim bemeten.

David van Baarle

geanimeerde-knop

Het kleurenpalet van de waterstofeconomie neemt gestaag toe. Waar we eerst alleen nog grijze waterstof kenden, dat voornamelijk uit aardgas werd gewonnen, spreken we nu over groene, blauwe en turquoise waterstof. De groene variant is voor velen het einddoel. Door duurzaam opgewekte elektriciteit in te zetten in elektrolyzers is het mogelijk water te splitsen in waterstof en zuurstof.
Voorwaarde voor groene waterstof is uiteraard voldoende duurzame elektriciteit, maar ook voldoende elektrolysecapaciteit voor de conversie. Wat betreft duurzame elektriciteit is de groei ingezet. Wat betreft elektrolyse staat de markt echter nog aan het begin van een ontwikkeling.

Combinatie
In een aantal verschenen rapporten van onder andere het Planbureau voor de Leefomgeving en de International Energy Agency (IEA) wordt blauwe waterstof gezien als noodzakelijke tussenoplossing. De Nederlandse en Europese overheden kunnen de gestelde emissiereductiedoelen niet halen zonder inzet van schoon fossiel. Ook wat betreft de kosten wint blauwe waterstof het voorlopig van groene.
Bijkomend voordeel is dat de industrie al ruime ervaring heeft met grijze waterstofproductie. Enige uitdaging is om de CO2 niet de lucht in te laten gaan, maar af te vangen en op te slaan.
De technologiekeuze bepaalt uiteindelijk hoeveel CO2 kan worden afgevangen. De kunstmestindustrie en raffinaderijen gebruiken grotendeels steam methane reforming (SMR). Hierbij gebruikt men stoom met hoge druk en temperatuur om methaan eerst in een koolmonoxide- en waterstofrijk synthesegas om te zetten. Daarna laat men de koolmonoxide nog eens reageren met water tot CO2 en waterstof. Nadeel van deze methode is dat het slechts twee derde van de CO2 afvangt. De rest gaat nog steeds de lucht in. Met Autothermal Reforming (ATR) is wel honderd procent afvang mogelijk. Keerzijde van deze technologie is dat pure zuurstof nodig is. Datzelfde nadeel geldt voor partial oxidation (POX). Wellicht dat hier op den duur combinaties kunnen worden gemaakt van groene en blauwe waterstof. Zuurstof is immers een bijproduct van groene waterstof.
Een nieuwe technologie die binnenkort op de markt komt, is Sorption Enhanced Water Gas Shift (SEWGS). Deze combinatietechnologie zet synthesegas om in waterstof en kooldioxide en scheidt in dezelfde reactor het kooldioxide van het waterstofgas. De combinatie zorgt voor een energie-efficiëntere conversie en zo goed als volledige CO2-verwijdering.

De technologiekeuze bepaalt uiteindelijk hoeveel CO2 kan worden afgevangen.

Air Products

BASF

In Nederland zijn er ook plannen voor blauwe waterstof uit methaan, maar een groot deel zal worden geproduceerd uit restgassen van onder andere raffinageprocessen of cokesverbranding.

Kjetil Alsvik | Equinor

Methaanemissies
Inmiddels ligt nut en noodzaak van blauwe waterstof onder vuur. Een onderzoek van de Amerikaanse universiteiten Cornell en Standford concludeerde dat blauwe waterstof meer milieubelastend is dan gas- en zelfs kolencentrales. De wetenschappers onderzochten eerst hoeveel extra energie nodig is om aardgas te splitsen in waterstof en kooldioxide, de gassen te transporteren en het kooldioxide ondergronds op te slaan. Ze gingen er daarbij vanuit dat de producenten van blauwe waterstof vooral aardgas, ofwel methaan, zouden inzetten. Zowel bij de productie als verbranding van methaan kan het gas ook in de atmosfeer terechtkomen. En methaan is een veel sterker broeikasgas dan kooldioxide.
Onmiddellijk na de publicatie stond een aantal wetenschappers te dringen om de cijfers te weerleggen. Allereerst waren de aannames in de publicaties rondom de percentages afgevangen CO2 zeer conservatief. Bovendien voorzag men een redelijk groot energieverbruik in het scheiden van de kooldioxide en het waterstof. Inmiddels zijn er technieken voorhanden die zelfvoorzienend zijn in hun energieverbruik. Ook de aannames van methaanlekkages was volgens velen veel te hoog. Methaanlekkages zijn inderdaad een probleem. Met name bij de productie van schaliegas in de Verenigde Staten komt veel van het gas in de atmosfeer terecht. Dat gegeven moet echter los worden gezien van de inzet van blauwe waterstof.
In Nederland zijn zeker ook plannen voor blauwe waterstof uit methaan, maar een groot deel zal ook worden geproduceerd uit restgassen van onder andere raffinageprocessen of cokesverbranding. Deze gassen worden nu nog direct ingezet voor procesverwarming. De afgevangen en opgeslagen CO2 zal dan ook zeker de CO2-emissies terugdringen.
Er zijn zelfs plannen om biogene grondstoffen om te zetten in methaan om er vervolgens waterstof van te maken. Daarmee zouden zelfs negatieve emissies ontstaan omdat de door de gewassen opgenomen CO2 de grond in verdwijnt.

CCS
Wie er ook gelijk heeft, het blijft natuurlijk wel evident om de blauwe waterstofketen in de gaten te houden en te kiezen voor de meest efficiënte oplossingen. Dit is dan ook huiswerk voor de twee CCS-projecten die inmiddels in de belangstelling staan van de Europese Unie: Porthos en Athos. Allebei kunnen dan ook rekenen op Europese subsidie. De eerste van de twee musketiers is gepland in het Rotterdamse havengebied, terwijl Athos zich concentreert op het gebied rond de IJmond, waar onder meer Tata Steel de nodige CO2 kan afvangen en opslaan.
Porthos kan ruim honderd miljoen krijgen uit het Connecting Europe Facility (ECF)-budget. Dat is al een fors deel van de geschatte projectkosten van 450 tot 500 miljoen euro. Voorwaarde voor deze subsidie was wel dat Havenbedrijf Rotterdam samenwerkt met de havenbedrijven van Antwerpen en North Sea Port, de samenwerking tussen de havens van Gent, Terneuzen en Vlissingen. De Nederlandse overheid reserveert bovendien 2,1 miljard euro voor de vier klanten van Porthos: Air Liquide, Air Products, ExxonMobil en Shell. Dit geld komt uit de SDE++ subsidiepot. Deze vergoeding krijgen de bedrijven uitgekeerd per megaton afgevangen en opgeslagen CO2.
Athos doet het wat bescheidener en maakt kans op vijftien miljoen euro Europese subsidie uit het ECF-budget. Het subsidiebedrag wil Athos besteden aan de werkzaamheden en studies voor het ontwerpen en ontwikkelen van de infrastructuur, de zogenaamde FEED-fase.
De derde musketier laat voorlopig nog op zich wachten en is tot nog toe vooral een idee. Den Helder is grote kanshebber om Aramis toe te voegen aan het rijtje CCS-projecten. Er landen namelijk al veel gasleidingen aan in het puntje van Noord-Holland. Vanuit Den Helder lopen diverse gasleidingen naar de blokken K en L op de Noordzee, waar momenteel gas wordt gewonnen en naar verwachting binnen afzienbare tijd ruimte ontstaat om in de lege velden CO2 op te slaan. De capaciteit van de bestaande infrastructuur is voldoende voor de opslag van tenminste tien megaton CO2 per jaar. Als er voldoende animo is, zou men de leidingen en gasvelden in 2026-2030 kunnen inzetten. Het is ook nog niet duidelijk hoe de afgevangen CO2 in Den Helder komt. Dat kan namelijk zowel per schip of een nog aan te leggen pijpleiding vanuit bijvoorbeeld IJmuiden.
Zoals het er nu naar uitziet, worden de havens van Gent, Vlissingen en Terneuzen niet op een CCS-leiding aangesloten. In de plannen van bedrijven als Yara, Dow en Zeeland Refinery is wel degelijk CCS opgenomen, maar de havenbedrijven richten zich nu op transport per schip.

Porthos

Het is de bedoeling dat de Porthos-infrastructuur vijftien jaar lang zo’n 2,5 megaton CO2 per jaar van de Rotterdamse vestigingen van Air Liquide, Air Products, ExxonMobil en Shell opslaat onder de bodem van de Noordzee. Dat is tien procent van de totale uitstoot van de Rotterdamse industrie.
De 2,1 miljard euro is een reservering, het maximaal uit te keren bedrag over een periode van vijftien jaar. Het uiteindelijke subsidiebedrag is naar verwachting een stuk lager. De Rijksoverheid overbrugt namelijk alleen het kostprijsverschil tussen ETS en CCS en de ETS-prijzen zijn de afgelopen tijd behoorlijk aan het stijgen. Op het moment van schrijven staat de prijs per ton CO2 al op vijftig euro. Analisten verwachten dat de ETS-prijs de komende jaren waarschijnlijk verder stijgt door de verhoging van het Europese CO2-reductiedoel van veertig procent naar 55 procent in 2030 ten opzichte van 1990. Bovendien haalt de Europese Unie steeds meer emissierechten uit de markt, wat ook prijsopdrijvend werkt. De overheid betaalt jaarlijks alleen het daadwerkelijke verschil tussen ETS en de kostprijs van CCS. Als de ETS-prijs stijgt, wordt de subsidie dus minder. Komt de ETS-prijs boven de kosten voor CCS, dan stopt de subsidie.
De toekenning van de SDE++-subsidie is een van de belangrijkste stappen in aanloop naar de realisatie van het project. De definitieve investeringsbeslissing voor Porthos wordt genomen in het eerste kwartaal van 2022, meteen daarna start de aanleg van de infrastructuur. In 2024 wordt de eerste CO2 opgeslagen.

Het projectteam achter Athos hoopt in 2023 een definitieve investeringskeuze te kunnen maken, waarna met de bouw van het systeem kan worden begonnen. De leiding kan dan vanaf 2026 operationeel zijn.

Illustratie van het Porthos-project

Video
Share

Your name

Your e-mail

Name receiver

E-mail address receiver

Your message

Send

Share

E-mail

Facebook

Twitter

Google+

LinkedIn

Sign up

Sign up