Waterstof in de gebouwde omgeving?

Waterstof gaat een belangrijke rol spelen in het energiesysteem van de toekomst. Ook in de gebouwde omgeving kan waterstof een interessante toepassing zijn, maar de beschikbaarheid en de kosten van deze energiedrager zijn erg onzeker. Zolang CO₂-arme waterstof schaars is, kan deze beter in andere sectoren worden toegepast. Daarom zal waterstof zeker de komende tien jaar nog niet grootschalig worden ingezet in de gebouwde omgeving.

Dat CO₂-arme waterstof een belangrijke schakel gaat worden in het energiesysteem van de toekomst staat buiten kijf. Zowel blauwe waterstof (geproduceerd uit aardgas waarbij het grootste deel van de vrijkomende CO₂ wordt opgevangen en opgeslagen) als groene waterstof (geproduceerd uit water door middel van elektrolyse op basis van groene elektriciteit) kan worden gebruikt als brandstof, grondstof, transport- en opslagmedium. Geen andere hernieuwbare energiedrager kan op zoveel verschillende manieren van toegevoegde waarde zijn voor het energiesysteem van de toekomst. Daarom is iedereen het erover eens dat een gedecarboniseerd energiesysteem niet zonder waterstof kan.

Hoe groot de vraag naar waterstof in Nederland precies gaat worden, is van veel zaken afhankelijk; in een scenariostudie van Berenschot en Kalavasta varieert deze tussen ongeveer 750 en 1.650 PJ voor 2050, waarbij in de bovenkant van deze range de vraag naar waterstof voor de productie van bunkerbrandstoffen[1] is meegenomen. Om deze hoeveelheden waterstof CO₂-arm te kunnen produceren, is heel veel groene elektriciteit en elektrolysecapaciteit nodig (in het geval van groene waterstof) en/of grootschalige afvang van CO₂ (in het geval van blauwe waterstof).

[1] Brandstoffen voor de internationale lucht- en scheepvaart, waarbij de schepen en vliegtuigen vanaf een Nederlandse (lucht-)haven vertrekken en aankomen in/op een buitenlandse (lucht-)haven.

De vraag is wanneer de benodigde groene en blauwe waterstof grootschalig beschikbaar komen, en tegen welke kosten. Ondersteund door de overheid zijn er veel plannen voor grootschalige productie van CO₂-arme waterstof, maar voorbij de planfase komen deze projecten tot op heden niet. Bovendien lijkt het niet realistisch om te verwachten dat Nederland alle benodigde waterstof in eigen land kan produceren, zeker als ook de behoefte van bunkerbrandstoffen wordt meegenomen. Zo is voor de productie van 750 PJ aan groene waterstof ongeveer 66 GW aan opgesteld vermogen van offshore windturbines nodig.[2] Berenschot en Kalavasta nemen aan dat 72 GW het maximum is dat past op de Noordzee. Op dit moment staat er ruim 2 GW opgesteld.

[2] Gebaseerd op 4.500 vollasturen en een rendement van elektrolysers van 70 procent.

Mede daarom is het tevens relevant hoe de productie van CO₂-arme waterstof zich internationaal gaat ontwikkelen. Ook in het buitenland zijn er veel plannen, maar van grootschalige productie en de vorming van een internationale markt is tot op heden geen sprake. De verwachting is dat deze markt pas na 2030 en mogelijk zelfs pas rond 2040 echt goed op gang komt. De kosten zullen van veel factoren afhankelijk zijn, bijvoorbeeld van de ontwikkelingen op het gebied van elektrolysers en de elektriciteitsprijs (voor groene waterstof) en de kosten van aardgas en opslag van CO₂ (voor blauwe waterstof).[3] Daarnaast spelen vervoerskosten een rol bij geïmporteerde waterstof. Op dit moment is het nog onduidelijk wat het gaat kosten om waterstof via schepen vanuit bijvoorbeeld Afrika, het Midden-Oosten en Australië te importeren. Bovendien zal de benodigde infrastructuur daarvoor deels nog moeten worden ontwikkeld.

[3] Directe inzet van elektriciteit is goedkoper dan de inzet van groene waterstof, aangezien de productie van waterstof met behulp van elektriciteit gepaard gaat met omzettingsverliezen. Voor de inzet van blauwe waterstof geldt hetzelfde: ook dan is meer energie nodig om de waterstof te produceren uit aardgas dan bij directe inzet van dit aardgas.

Groene en blauwe waterstof zullen voorlopig dus schaarse en relatief dure producten blijven. Daardoor rijst de vraag: waar kan deze CO₂-arme waterstof het beste worden ingezet? Eigenlijk geven alle grote kennisinstituten aan dat waterstof onmisbaar is bij de verduurzaming van de industrie. In deze sector wordt op dit moment namelijk al een significante hoeveelheid grijze waterstof gebruikt als grondstof (dus niet als energiedrager), bijvoorbeeld voor de productie van kunstmest. Energiedragers als elektriciteit en biomassa zijn voor deze toepassing niet geschikt als alternatief, omdat ze geen waterstofmoleculen bevatten.

Daarnaast zal waterstof in de industrie nodig zijn om een deel van de vraag naar warmte van zeer hoge temperatuur in te vullen. Ook hiervoor zijn weinig alternatieven: biobrandstoffen zijn een optie, maar deze zijn schaars en ook nodig in de transportsector, terwijl de inzet van elektriciteit voor de productie van warmte van een paar honderd graden een aantal uitdagingen kent, zoals een goede inpassing op het al krappe elektriciteitsnet. Ten slotte zal waterstof (en daarvan afgeleide producten zoals ammoniak en synthetische kerosine) nodig zijn om zwaar transport en transport over zeer lange afstanden mogelijk te maken op een manier die past bij een klimaatneutrale wereld. Denk hierbij aan internationaal lucht- en scheepvaartverkeer. Ook hiervoor zijn op dit moment en bij de huidige stand van de technologie – los van biobrandstoffen – geen alternatieven. Dit betekent dat het logisch is om de beschikbare CO₂-arme waterstof als eerste in te zetten in de zojuist benoemde sectoren om ervoor te zorgen dat de klimaatdoelen kunnen worden behaald.

Daarbij zal de politiek een keuze moeten maken over hoe de hogere kosten die met de inzet van deze CO₂-arme waterstof gepaard gaan over de maatschappij moeten worden verdeeld. Daarnaast moet ook, zowel vanuit de Europese Unie als Nederland, meer duidelijkheid komen over de marktordening van waterstof.

In tegenstelling tot in de industrie en de internationale lucht- en scheepvaart is de inzet van waterstof in de gebouwde omgeving technisch gezien niet nodig om de uitstoot van broeikasgassen flink te kunnen reduceren. Voor deze sector zijn namelijk voldoende alternatieven beschikbaar, zoals betere isolatie, toepassing van warmtepompen in goed geïsoleerde panden, het aanleggen van warmtenetten in dichtbebouwde wijken waar hernieuwbare warmtebronnen beschikbaar zijn en (gedeeltelijke) vervanging van aardgas door groen gas (liefst in combinatie met hybride warmtepompen) in gebouwen die voorlopig nog gebruik maken van aardgas.

De verduurzaming van de gebouwde omgeving verloopt tot op heden echter zeer moeizaam. Dit heeft niet zozeer te maken met technische uitdagingen, maar wel met de kosten van deze verduurzaming. Juist op dit vlak zou waterstof mogelijk wél een uitkomst kunnen bieden. Volgens de Startanalyse van het Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) is waterstof namelijk voor een aanzienlijk deel van de gebouwde omgeving de goedkoopste optie, bekeken vanuit het perspectief van nationale kosten.[4] Andere voordelen zijn dat Nederland al beschikt over een uitgebreide gasinfrastructuur die grotendeels geschikt is voor transport van (pure) waterstof en dat overschakeling van aardgas naar waterstof voor eigenaren/bewoners relatief weinig voeten in de aarde heeft in vergelijking met overschakeling op een warmtenet of een warmtepomp.[5]

Het PBL benadrukt echter dat zowel de beschikbaarheid van waterstof als de kosten daarvan nog zeer onzeker zijn. Voor eindgebruikers zijn niet alleen de productie en het transport van waterstof relevant, maar ook het gevoerde belastingbeleid. Op dit moment betalen consumenten bijvoorbeeld energiebelasting op aardgas, maar het is nog onduidelijk hoe dat er voor waterstof uit gaat zien. Dit betekent dat nog weinig kan worden gezegd over de prijs die consumenten uiteindelijk voor waterstof zouden gaan betalen en ook of waterstof daarmee vanuit hun perspectief goedkoper is dan de alternatieven.

[4] De kosten bezien vanuit het perspectief van Nederland als land, dus niet vanuit het perspectief van de eigenaar/bewoner. Belastingen en subsidies maken geen onderdeel uit van nationale kosten.

[5] Wel is het belangrijk om het inpandige leidingwerk goed te laten controleren op lekkages. Daarnaast moeten geisers en CV- en HR-ketels geschikt zijn voor de verbranding van waterstof. Dit laatste geldt al voor bijmenging van meer dan 3 procent waterstof bij aardgas.

Naast toepassing van 100 procent waterstof in bepaalde delen van de gebouwde omgeving is het ook mogelijk om waterstof bij te mengen in het aardgasnet. Vaak genoemde argumenten voor deze strategie zijn het reduceren van broeikasgasuitstoot en het realiseren van een stabiele afzetmarkt voor CO₂-arme waterstof.

Een recent rapport van Fraunhofer laat echter zien dat een bijmengstrategie tot relatief weinig broeikasgasreductie leidt, maar wel tot een flinke toename van de kosten voor consumenten. Ook voor het creëren van een stabiele afzetmarkt voor groene en/of blauwe waterstof lijkt de gebouwde omgeving niet de meest aangewezen sector. Ten eerste ontbreekt op dit moment de juiste wetgeving om meer dan een 0,5 procent waterstof bij te mogen mengen in de regionale gasnetten en ten tweede kan die vraag ook worden gecreëerd door het huidige grijze waterstofgebruik in de industrie te vervangen. Sterker nog, de Europese Commissie heeft plannen om de industrie te verplichten tegen 2030 minstens de helft van het huidige grijze waterstofgebruik te vervangen door groene waterstof.

Samengevat zou waterstof op termijn een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de warmtetransitie in de gebouwde omgeving, maar is het op dit moment onduidelijk of en wanneer de inzet ervan in deze sector slim is. De huidige strategie van de overheid is daarom een logische: inzetten op warmtenetten en all-electric-alternatieven in wijken waar deze opties sowieso als beste uit de bus komen en verder vooral inzetten op isolatie en hybride warmtepompen. Als dan over tien tot vijftien jaar blijkt dat groene en/of blauwe waterstof ruimschoots en tegen lage kosten beschikbaar is, kunnen de afgelegen gebieden en de moeilijk te isoleren panden alsnog overschakelen op waterstof. Om hier goed op voorbereid te zijn, is het vanzelfsprekend dat op dit moment al op kleine schaal wordt gewerkt aan toepassing van waterstof in de bestaande gebouwde omgeving, zoals in Stad aan ‘t Haringvliet. Als daarentegen op termijn blijkt dat de beschikbaarheid en/of de kosten van CO₂-arme waterstof ook na 2040 tegenvallen, kan en zal alsnog een andere oplossing voor de panden moeten worden gezocht die op dat moment nog gebruik maken van aardgas.