artikel

Technologie nog te duur voor doorbraak power-to-gas

energie

In projecten met Power-to-gas wordt elektriciteit omgezet in waterstof of methaan. Met deze stoffen kan het aardgasnet worden bijgevoed en kunnen onder andere gebouwen worden verwarmd. Een experiment daarmee vond plaats in 2014 in de Rotterdamse wijk Rozenburg. In Gawalo 03-04 van maart-april 2015 deed Tijdo van der Zee verslag van dit experiment.

Technologie nog te duur voor doorbraak power-to-gas

De roep om tijdelijke opslag van duurzame elektriciteit klinkt steeds luider, nu de productie door wind en zon grote pieken vertoont en huishoudens vrezen voor het afschaffen van de salderingsregeling. Power-to-gas, waarbij de elektriciteit wordt omgezet in waterstof of methaan, is één van de technieken die dit mogelijk maakt.

Netbeheerder Stedin experimenteert druk met de omzetting van elektriciteit in gas. Op Ameland liep van 2007 tot 2012 een proef waarbij uit water door middel van elektrolyse waterstof en zuurstof werd geproduceerd. En sinds herfst 2014 worden dertig woningen in een appartementencomplex in de Rotterdamse wijk Rozenburg zelfs voorzien van synthetisch – en voor de bewoners gratis – methaan. Dat wordt verkregen door waterstof uit elektrolyse in een vervolgstap met CO2 te methaniseren. In dit project werkt Stedin samen met energiekennisbedrijf DNV GL, de corporatie Ressort Wonen en gemeente Rotterdam.

De installatie bestaat uit enkele blauwe zeecontainers op een veldje naast het wooncomplex.

De installatie, bestaande uit enkele blauwe zeecontainers op een veldje naast het wooncomplex van Ressort Wonen, heeft een productiecapaciteit van 0,25 kuub per uur, of 2.000 kuub per jaar, minder dan het gemiddelde verbruik van een huishouden. De twee productieprocessen, elektrolyse en methanisering, vinden elk in een eigen container plaats. De methanisering vindt plaats in vier in seriegeschakelde reactorvaten, waarbij het methaanpercentage in stappen oploopt tot bijna 100 procent.

Bijmenging in aardgasnet

In Ameland werd maximaal 20 procent waterstofgas in het bestaande aardgasnet bijgemengd. Dat percentage leverde technisch weinig problemen op, behalve wellicht de extra aandacht die nodig was voor het lekdicht maken van de installatie, zo bleek uit uitgebreid onderzoek aan de leidingen, slangen, koppelingen, huisdrukregelaars, gasmeters en gastoestellen door Kiwa Technology in Apeldoorn. “Waterstofgas bestaat immers uit zeer kleine moleculen”, zo legt Albert van der Molen, expert asset management bij Stedin uit.
Desondanks bepaalt regelgeving die sinds afgelopen oktober van kracht is, dat het maximale bijmengpercentage van waterstof in Groninger aardgas 1 promille is. Dit terwijl bij onze oosterburen 10 procent bijmenging toegestaan. In de Duitse distributienetten ligt het percentage in de praktijk echter op 2 procent, omdat op dit distributienet ook de stalen tanks van de CNG-tankstations zijn aangesloten. De auto-industrie heeft deze beperking opgelegd omdat waterstof staal kan ‘verbrossen’, legt Frank Graf van het Duitse technologie-instituut DVGW-EBI uit. In de hogedruknetten kan wel tot 10 procent waterstof worden gemengd.

Risico’s bij bijmenging

De Nederlandse overheid neemt met het lage percentage dus het zekere voor het onzekere. Het is volgens de overheid niet helemaal duidelijk in hoeverre de huidige gastoepassingen overweg kunnen met waterstof. Zo zouden er bij bijmenging van 5 à 8 procent inslagrisico’s zijn in huishoudelijke toestellen. Ten tweede zullen aanpassingen aan de comptabele meting moeten worden doorgevoerd, omdat de huidige gaschromatografen geen waterstof meten. Ten derde is het de vraag in hoeverre gastransportnetten bestand zijn tegen waterstof in het gas. Zo geldt voor specifieke niet-stalen onderdelen in het gastransportsysteem dat deze niet ontworpen zijn voor de aanwezigheid van waterstof. Dit geldt ook voor de appendages bij de eindgebruikers.

De overheid erkent dat de recente onderzoeken laten zien dat de risico’s beperkt zijn. Maar “voor de effecten bij langdurige blootstelling aan waterstof ontbreekt informatie”, zo stelt de regeling. Ook dienen wellicht extra maatregelen te worden genomen op het gebied van explosieveiligheid. “Daar heb je eventueel waterstofsensoren voor”, zegt Van der Molen daarover. “Die zitten bijvoorbeeld ook in auto’s die voorzien zijn van H2-brandstofcellen.”

Bijmenging CO2

Bij synthetisch methaan gelden deze restricties voor bijmenging niet. “Het gas dat wij produceren is eigenlijk zelfs iets te goed als je het vergelijkt met het Groninger aardgas dat door het Nederlandse net stroomt”, zegt Van der Molen. “Andere landen gebruiken hoogcalorisch gas, dat meer op het synthetische methaangas lijkt en een hogere Wobbe-index heeft.”

Om zeker te weten dat er geen problemen optreden verderop in de installatie, degradeert Stedin het verkregen gas door er CO2 doorheen te mengen. “Dat komt uit twee vaatjes van Linde-gas, die zo om de twee, drie weken met een bestelwagentje vervangen worden.” Niet ver van het appartementencomplex loopt een industriële CO2-leiding. Aanvankelijk hoopte men dat hier van afgestapt kon worden, maar dat bleek een veel te dure optie. Ook wordt reukstof tetrahydrothiofeen (THT – C4H8S) toegevoegd, om het synthetische gas dezelfde geur te geven als Groninger aardgas. Odorisatie heet dat proces.

Collectieve ketel

Het appartementencomplex in Rozenburg maakt voor de verwarming gebruik van een collectieve ketel. Dat betekent dat de huishoudens zelf, behalve een lagere energierekening, niks merken van het project van Stedin. Voor in de nabije toekomst heeft Van der Molen nog wel een interessant plan met die ketel. “De rookgassen uit de ketel kunnen we terugleiden naar de container om te gebruiken in het methaniseringsproces. Op die manier circuleert de CO2 dus eigenlijk.” De Stedin-man ziet het helemaal voor zich: “We kunnen plexiglas gebruiken, zodat voor iedereen zichtbaar wordt wat er gebeurt.”
Voor Stedin zijn deze experimenten vooral bedoeld om te leren. Geld hoeft er niet verdiend te worden. “Mochten er straks commerciële partijen komen die ons erbij willen betrekken, dan wil Stedin erop voorbereid zijn”, aldus Van der Molen.

Technologie te duur

Die commerciële partijen zijn er vooralsnog niet. Daarvoor is de technologie nog te duur, zoals blijkt uit het rapport ‘De rol van power-to-gas in het toekomstige Nederlandse energiesysteem’ dat ECN en DNV GL samen opstelden. “De investeringskosten zijn te groot in verhouding tot het geringe aantal draaiuren dat de installaties hiervoor maken,” aldus projectleider Jeroen de Joode van ECN. Albert van der Molen van Stedin beaamt dit. “De installaties moeten kleiner en goedkoper.”
Aan de efficiëntie ligt het niet. Die is al tamelijk hoog. Was het rendement van elektrolyse in 2006 nog ongeveer 50 procent. Tegenwoordig ligt dat al op 75 procent. Ook de methaniseringsstap kan al zonder veel energieverlies plaatsvinden. Volgens Van der Molen ligt het rendement hier inmiddels op 90 procent. “We moeten vooral de hardware goedkoper maken.”
Daarnaast zouden enkele gunstige ontwikkelingen op de energiemarkt power-to-gas in de kaart spelen. “Als gas wat duurder werd ten opzichte van elektriciteit, of als de CO2-prijs wat toenam, dan zou het plaatje er al anders uitzien”, zo licht hij toe.
Concurrerend of niet, de installatie in Rozenburg kan op warme belangstelling rekenen. Diverse gemeenten en energiecoöperaties klopten al bij Stedin aan. “Als we zouden willen, zouden we verspreid over Nederland al diverse installaties neer kunnen zetten”, zegt Van der Molen. Het buurtniveau is de ideale schaal voor een power-to-methane-installatie. “Voor individuele huishoudens is het niet geschikt, maar wel voor een lokaal energie-initiatief, waarbij overtollige zonnestroom van meerdere daken gebruikt kan worden”, denkt Van der Molen.

Brandstofcel

De elektrolyse van water vindt in Rozenburg plaats in een PEM-(proton exchange membrane) brandstofcel. Er zijn meer technieken mogelijk, maar Stedin heeft onder meer voor PEM gekozen vanwege de relatief lage prijs, de lage bedrijfstemperatuur, de hoge energiedichtheid en de snelle responstijd. Ook speelt mee dat in de auto-industrie deze technologie het meest gangbaar is, waardoor innovaties sneller plaats vinden.

De elektrolyse van water vindt plaats in een PEM-(proton exchange membrane) brandstofcel.

Huishoudens op methaan of waterstof

Duitsland loopt op het gebied van brandstofcellen en waterstoftechnologie voorop. Het Fraunhofer Instituut (de Duitse tegenhanger van TNO) onderzoekt al jaren hoe power-to-gas een rol kan spelen in de energietransitie. Volgens Christopher Hebling, directeur Energy Technology, moet echter niet te veel verwacht worden van methaniseringsinstallaties in huishoudens. “Alleen al omdat er hele pure CO2 voor nodig is, en dat is niet aanwezig in huishoudens.”
Hebling weet zeker dat power-to-gastechnologie in Duitsland onontbeerlijk is om het duurzame energiedoel van 80 procent in 2050 te halen. Hij vertelt dat er twee kampen zijn: het waterstofkamp en het synthetisch methaan-kamp. Zelf rekent hij zich tot de waterstofadepten. “Methanisering gaat ervan uit dat je injecteert in het aardgasnet. Maar in de toekomst wil je daar nu juist vanaf, want dat is fossiele brandstof.”
In plaats daarvan ziet Hebling een situatie voor zich waarbij buurten of gemeenten zich afkoppelen van het aardgasnet, om het zo verkregen losse gasnet te gebruiken voor waterstof. “Daar kunnen dan auto’s op rijden en huishoudens op koken”, zo stelt hij. “In Duitsland zijn er eind dit jaar al vijftig waterstoftankstations, en Toyota’s nieuwe waterstofauto is al uitverkocht voor hij goed en wel op de markt is.” En kunnen huishoudens wel op waterstof? “Twintig jaar geleden bewezen we met de autonome woning in Freiburg al dat dat helemaal geen problemen oplevert.”

Reageer op dit artikel

Gerelateerde tags

Lees voordat u gaat reageren de spelregels