artikel

‘Waterstof is een betrouwbaar medium voor energieopslag’

bouwbreed Premium

‘Waterstof is een betrouwbaar medium voor energieopslag’

De waterstoftechnologie is rijp voor de praktijk. Innovatieve proefprojecten zijn nodig om een schaalsprong te realiseren. “Waterstof is een serieuze optie om duurzame energiebronnen maximaal te oogsten”, meent prof.dr. Frank de Bruijn, waterstofdeskundige bij ECN.

Het is bijna vijf jaar geleden dat Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN)
de eerste Nederlandse auto op waterstof lanceerde. Frank de Bruijn was destijds
betrokken bij de ontwikkeling door ECN van het brandstofcelsysteem. “Wereldwijd
rijden inmiddels honderden voertuigen op waterstof. De snelle ontwikkelingen in
de vervoersector fungeren als aanjager voor grootschalig gebruik van de
waterstoftechnologie”, meent de waterstofdeskundige. De Bruijn is manager van de
ECN-unit Waterstof & Schoon Fossiel. Hierin zijn circa 55 onderzoekers
actief in R&D aan brandstofcellen voor transport en warmtekrachtopwekking,
waterstofproductie en CO2afvangst. Waterstof is een schone, onuitputtelijke
energiedrager. Het produceren ervan kan met verschillende energiebronnen. Voor
waterstof uit duurzame elektriciteit wordt water gesplitst met het bekende
elektrolyseproces. Tot nu toe wordt de meeste waterstof geproduceerd door het
reformen van aardgas. Na de waterstofhype rond de millenniumwisseling laat
grootschalige toepassing van waterstof en brandstofcellen vooralsnog op zich
wachten. DutchHy, een ‘waterstofcoalitie’, waar ook ECN deel van uitmaakt, werkt
in relatieve stilte aan een versnelling van deze ontwikkeling. “De techniek is
rijp om zich in de praktijk te bewijzen. Tot dusverre gaat het vaak om
kleinschalige demonstratieprojecten. Als waterstofcoalitie willen we de
praktijkervaringen clusteren om tot schaalvergroting te komen.” Elektriciteit en
warmte uit waterstof opwekken gebeurt volgens de specialist nog op zeer beperkte
schaal en kent vooral toepassingen los van het elektriciteitsnet, zoals
verplaatsbare wegapparatuur of noodstroomvoorzieningen. “Batterijen hebben vaak
een te beperkte capaciteit. Waterstof is een veel betrouwbaarder en efficiënter
medium voor energieopslag.”

Woningbouw

Of waterstof buiten de transportsector ook een prominente rol zal spelen bij
de transitie naar een duurzame energiehuishouding in de woningbouw is nog de
vraag. “Aan de ene kant is er een trend naar kleinschalige warmtekrachtsystemen
die uit aardgas elektriciteit en warmte produceren naar de behoefte van de
gebruiker. Aan de andere kant is er een tendens tot steeds verdere reductie van
de warmtevraag en integratie van duurzame elektriciteit. Op het eerste gezicht
zijn dit concurrerende ontwikkelingen. Je kunt je voorstellen dat
warmtekrachtinstallaties vooral een marktaandeel in de bestaande bouw krijgen,
terwijl nieuwbouw meer de kant opgaat van de duurzame elektriciteit, omdat de
warmtevraag gewoon te laag is voor warmtekrachtinstallaties. Opslag van duurzame
energie in de vorm van waterstof op het niveau van een enkel huis is naar huidig
inzicht niet de meest waarschijnlijke optie.” Voor toepassing op grotere schaal
zoals kantoren en flats zijn volgens De Bruijn demonstratieprojecten nodig om de
ontwikkeling van waterstof en brandstofcellentechnologie naar een hoger niveau
te tillen en de toegevoegde waarde van deze optie aan te tonen. Eerdere
initiatieven sneuvelden doorgaans al in een vroegtijdig stadium. Als oorzaken
noemt De Bruijn het onzekere langetermijnperspectief en de terugverdientijd.
“Voor toepassing in woning- en utiliteitsbouw is de rol van waterstof op de
langere termijn nog niet duidelijk. Maar brandstofcelsystemen die uit aardgas
elek-triciteit en warmte maken zullen waarschijnlijk wel kunnen concurreren met
andere warmtekrachtinstallaties, zeker waar uitstoot van schadelijke stoffen een
probleem is. Bijkomend voordeel is dat brandstofcelsystemen zeer stil zijn.”

Opslagdichtheid

Momenteel loopt bij Agentschap NL een subsidieaanvraag voor de Autarc, een
zelfvoorzienend kantoorpand met een oppervlakte van 160 vierkante meter. De
drijvende nieuwbouw, een proeffabriek voor duurzame innovaties, is het eerste
Nederlandse project met kleinschalige waterstofproductie, -opslag en gebruik
voor stationair gebruik. De Autarc oogst uit zonne-energie. Het overschot wordt
opgeslagen in waterstof en is in het huidige concept maximaal 45 kilogram. “Met
waterstof bespaar je zowel ruimte als gewicht vanwege de relatief hoge
opslagdichtheid. Het volume is te reduceren door de druk te verhogen. Onder hoge
druk is de opslagdichtheid van waterstof een factor 10 tot 40 hoger dan die van
batterijen.” ECN heeft berekend dat de Autarc zonder batterijen iets minder dan
200 kilogram waterstof nodig heeft. De waterstof wordt opgeslagen met een druk
van 130 bar en vergt een tank met een waterinhoud van vier keer 3800 liter.
“Omdat er genoeg ruimte is hoeven we de druk niet extreem op te voeren zoals in
voertuigen waar waterstof tot 700 bar wordt opgeslagen.” De Bruijn spreekt van
een “ultiem demonstratieproject waarbij duurzame energie én energiebesparing
wordt gecombineerd.” Het oorspronkelijke plan was om alle overschot in waterstof
op te slaan. Uiteindelijk is dat 20 procent en gebeurt de resterende 80 procent
met batterijen. “Waterstof en elektriciteit zijn geen concurrenten maar vullen
elkaar aan”, benadrukt De Bruijn. “Dat geldt ook voor de Autarc: de batterijen
vangen de pieken op, terwijl voor het uithoudingsvermogen elektrolyser en
brandstofcel worden toegepast.” Als het project wordt goedgekeurd gaat ECN het
uitvoerig monitoren. “Dan wordt duidelijk tegen welke technische problemen we
aanlopen bij deze vorm van energieopslag, hoe het hele systeem en alle
apparatuur zich gedraagt en wat het energieverbruik van de opslagcyclus is. Ook
willen we een goed beeld krijgen van de verschillende energiestromen. Aan de
hand van deze ervaringen is het systeem vervolgens op te schalen naar een
schaalgrootte waarop straks, bij een groot aandeel duurzame elektriciteit in
onze energiehuishouding, die elektriciteit met een wisselend aanbod gebufferd
kan worden, zowel voor korte als lange periodes. De Autarc biedt interessante
lessen voor de toekomst.”

Windvermogen

Hernieuwbare energiebronnen als waterkracht en wind zijn met een elektrolyser
direct om te zetten in waterstof. Vooral voor sterk fluctuerende bronnen bestaat
behoefte aan een vorm van energieopslag. Landen waar veel windvermogen wordt
ontwikkeld, zoals Denemarken en Schotland, oriënteren zich op waterstof. “Als
Nederland haar ambities op het gebied van duurzame elektriciteit realiseert,
ontstaat ook hier behoefte aan energieopslag. ECN is al tien jaar betrokken bij
de ontwikkeling van de elektrolysetechniek. Aanvankelijk resulteerde dat in een
concept waarin brandstofcel en elektrolyser zijn geïntegreerd. Anderhalf jaar
geleden is gekozen voor een ‘dedicated’ elektrolyser die een paar kubieke meter
waterstof per uur produceert. Technisch is het allemaal mogelijk, voor
commerciële toepassing moeten de kosten nog omlaag.”

Reageer op dit artikel