artikel

Waterstof als alternatief voor aardgas in cv-ketels  

klimaattechniek

Verwarmen op waterstofgas lijkt zo op het eerste oog het ideale duurzame alternatief voor verwarmen op aardgas. Bij de verbranding komt namelijk het vermaledijde CO2 niet vrij. Bovendien hebben we de infrastructuur er al voor liggen. En als kers op de taart is er geen gevaar voor koolmonoxidevergiftiging. Waar wachten we op? 

Waterstof als alternatief voor aardgas in cv-ketels  

Door Maarten Legius

 

Het Nederlandse gasnetwerk, waar we al decennialang uit Groningen gewonnen aardgas door pompen, is ook geschikt voor waterstofgas. Dat blijkt uit recent onderzoek van Kiwa, een technisch dienstverlener in testen, meten en certificeren. De belangrijkste conclusie is dat de materialen in het netwerk geschikt zijn voor de toepassing van waterstof. Ook zou de huidige capaciteit van het netwerk toereikend zijn voor het transport van waterstof. Er hoeft dus geen vervanging of verzwaring van het netwerk plaats te vinden.  

 

Cv-ketel op waterstofgas: aanpassingen en maatregelen 

In technisch opzicht zijn de belangrijkste vragen of de gasmeters en bepaalde onderdelen van zogeheten reduceerstations voldoende functioneren bij toepassing van waterstof. Daarnaast zijn vanwege de andere eigenschappen van waterstof ten opzichte van aardgas enkele aanpassingen nodig in de uitvoering en beheer van het gasdistributienet. Vooral aanpassingen in veiligheidsmaatregelen zijn nodig, zoals het geven van een herkenbare geur aan waterstof en aangepaste werkmethoden en gereedschappen. Aanpassingen die verder nodig zijn voor verwarmen met waterstof zijn onder meer het ontwikkelen van een nieuwe cv-ketel, of in ieder geval de toepassing van een aangepaste brander.  Foto: Gasunie

 

Ervaring met waterstofgas 

Kortom, in het streven om de komende jaren honderdduizenden gebouwen en woningen van aardgas af te koppelen, zou waterstof een waardevolle bijdrage kunnen leveren. Maar met de productie, distributie en het gebruik van waterstof is nog geen grootschalige ervaring opgedaan. Volgens Kiwa is derhalve “meer onderzoek en het opdoen van ervaring essentieel.” De organisatie stelt daarom voor dat de netbeheerders in samenwerking met overheden, veiligheidsinstanties en de producenten van verwarmingstoestellen, daartoe de noodzakelijke stappen zetten.  

 

Leestip: Wat is waterstof?

 

CO2-vrij verbranden van waterstofgas 

“Of waterstof in Nederland werkelijk toekomst heeft, is nog onduidelijk,” zo nuanceert Netbeheer, de brancheorganisatie van elektriciteit- en gasnetwerkbedrijven en de opdrachtgever van het hierboven genoemde onderzoek, “De netwerkbedrijven staan ervoor open de mogelijkheden van waterstof samen met andere partijen, verder te onderzoeken.” Met andere woorden: er liggen – volgens de beheerders van het onvolprezen aardgasnet – kansen om deze infrastructuur in stand te houden, maar er in plaats van aardgas, waterstofgas door te laten stromen. 

 

In combinatie met zonnepanelen en energiebesparing 

Ook het regionale netwerkbedrijf Rendo ziet dat wel zitten. Directeur Eddy Veenstra stelt in Dagblad van het Noorden dat de overgang naar duurzame gassen, waaronder waterstofgas, voor het werkgebied van Rendo in Overijssel en Drenthe, de voordeligste en meest efficiënte manier is voor de energietransitie. “Zeker wanneer dit wordt gecombineerd met zonnepanelen en energiebesparing. Bij de overgang naar groen gas hoeven er geen hoge kosten gemaakt te worden voor de verbouwing van een huis. Niet iedereen heeft 30.000 of 40.000 euro op de plank liggen om de woning te verbouwen.” Voor wat betreft de factor kosten staat Benno Schepers, senior adviseur bij onderzoeksbureau CE Delft aan zijn zijde: “Als we naar de toekomst kijken, is het toch het goedkoopst om met een cv-ketel te blijven verwarmen.”

 

Tachtig woningen op waterstofgas  

Netwerkbedrijf Rendo is inmiddels betrokken bij de ontwikkeling van een waterstofnet voor 80 woningen in de Hoogeveense wijk Nijeveen. “Die betrokkenheid moet ook kennis en ervaring opleveren voor de verduurzaming van het netwerk.” Het platform Hydrogreenn, met onder meer Stork, GasTerra, de Groningse energieproeftuin EnTranCe, de Samenwerkende Bedrijven Eemsdelta (SBE) en N-Tra, het dochterbedrijf van netbeheerder Rendo, heeft de gemeente met het idee benaderd. De deelnemers willen zo bijdragen aan de ontwikkeling van de noordelijke waterstofeconomie, waar hoogleraar prof. dr. Ad van Wijk eerder voor de Noordelijke Innovation Board (NIB) een plan voor heeft geschreven 

 

Overstappen op waterstofgas in de praktijk 

Bovenstaand proefproject in Hoogeveen wordt uitgevoerd op wijkniveau. En dat is logisch, want je kunt natuurlijk niet als individueel huishouden op waterstofgas overstappen. “Wanneer er wordt overgestapt op waterstof spelen er naast een aantal veiligheidsaspecten ook organisatorische aspecten: men moet met grote groepen tegelijk overstappen op waterstof,” zo schrijven Maarten Afman en Frans Rooijers van onderzoeksbureau CE Delft in het Achtergrondrapport, Net voor de Toekomst (november 2017). “Een organisatorische uitdaging, net als het aanleggen van een warmtenet. Wanneer de kosten voor waterstof sterk dalen, kan het de investeringen waard zijn en kan het zelfs kosteneffectief uitpakken. In combinatie met een hybride warmtepomp ontstaat een – mits ‘groene’ waterstof in voldoende mate voorhanden is – een potentieel elegante oplossing voor de lage temperatuur warmtevraag.”  

 

Grijze, groene en blauwe waterstof 

Tot zover het goede nieuws. Waterstofgas kan onder meer worden gemaakt uit aardgas of andere koolwaterstoffen. Bij de productie van deze zogeheten  ‘grijze’ waterstof komen broeikasgassen vrij en dat is juist wat we niet willen. Maar waterstofgas kan ook met behulp van elektrische energie uit water worden geproduceerd. Als die elektriciteit bovendien duurzaam is, uit bijvoorbeeld wind- of zonnestroom, spreken we van ‘groene’ waterstof. Dat gebeurt vooralsnog niet of nauwelijks. Blauwe waterstof zit als het ware tussen grijze en groene waterstof in en is klimaatneutraal. Bij blauwe waterstof wordt namelijk de CO2 die vrijkomt bij de verbranding van het aardgas afgevangen en opgeslagen in bijvoorbeeld lege gasvelden. Overigens zal bij alle productiemethoden circa 30 procent energie verloren gaan als omzettingsverlies.  

 

Waterstof is te duur 

Bovendien zijn er naast de omzettingsverliezen ook verliezen in het verbruik, zo stelt Marijn de Vries, branchespecialist bij de Nederlandse WindEnergie Associatie NWEA, op persoonlijke titel in een opiniestuk op energienieuwssite Energeia: “Een auto op waterstof verbruikt bijna twee keer zoveel energie als zijn elektrische evenknie. Een huis dat wordt verwarmd met waterstof in een hr-ketel verbruikt zelfs vier keer zoveel energie (aan gas) als een vergelijkbaar huishouden met een warmtepomp aan elektriciteit verbruikt. Om een betaalbaar alternatief te zijn voor direct elektriciteitsverbruik zou waterstofgas op energie-inhoud een factor twee tot drie goedkoper moeten zijn dan stroom. Maar zelfs in de beste scenario’s is groene waterstof een factor twee tot drie duurder.” Waterstof heeft een lagere energiedichtheid dan aardgas, dat is waar. Lees hier meer over de energiedichtheid en kostprijs van waterstof.

 

Waterstofgas als alternatieven te duur zijn 

Maar volgens Ad van Wijk, de al eerder genoemde hoogleraar toekomstige energiesystemen aan de TU Delft, moet je waterstofgas niet zien als de oplossing voor alles, maar kan het vooral een alternatief bieden voor wijken die niet geschikt zijn voor andere oplossingen zoals elektrische warmtepompen of een warmtenet. “Bijvoorbeeld regio’s met oudere boerderijen of historische binnensteden”, zo nuanceert hij in een interview met NOS. “Het is heel duur om dat soort huizen met een warmtepomp te verwarmen, een warmtenet is er niet en het isoleren van historische gebouwen kan veel gedoe zijn. In die gevallen kan overgaan op waterstof aantrekkelijk zijn, vooral als de infrastructuur er toch al is.”  

 

Veiligheid waterstofgas  

Van Wijk constateert dat waterstofgas vaak gezien wordt als onveilig. Dat is onterecht in zijn ogen. “Waterstofgas kan zelfs veiliger zijn dan aardgas. Als er een lek is, stijgt het gas zo snel dat een kans op een explosie in een huis klein is.” Van Wijk doelt hier op het feit dat waterstof het kleinste en lichtste molecuul is dat we kennen. Waterstof  stijgt daarom in de open lucht met grote snelheid omhoog. Bij lekkages is het vaak al weg voordat het een gevaar kan betekenen. Bovendien, zo besluit Van Wijk nuchter: “En er is geen koolmonoxidevergiftiging meer.”  

 

Proefprojecten met waterstofgas

 

Waterstofgas in nieuwe cv-ketels

In de Rotterdamse deelgemeente Rozenburg start begin 2019 een proef om woningen te verwarmen met 100% waterstof. Dat hebben de bedrijven Bekaert Heating, Remeha, DNV GL, gemeente Rotterdam, woningstichting Ressort Wonen en netbeheerder Stedin afgesproken. Er wordt lokaal in containers waterstof geproduceerd met groene stroom en via een separaat gasnet van Stedin getransporteerd naar het ketelhuis van het appartementencomplex. Zowel een ketel van Bekaert Heating als van Remeha verwarmen vervolgens een deel van de woningen. De proef met waterstof is een voortzetting op het bestaande power to gas project in Rozenburg.

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.

 

Ketels op waterstof bij 80 woningen in nieuwbouwwijk Nijeveen

Hoogeveen wil een waterstofwijk. De gemeente is met het idee benaderd door Hydrogreenn, een informeel platform bestaande uit noordelijke organisaties zoals Stork, GasTerra, de Groningse energieproeftuin EnTranCe, de Samenwerkende Bedrijven Eemsdelta (SBE) en N-Tra, het dochterbedrijf van netbeheerder Rendo. “Het gaat om een pilot met in eerste instantie 80 huizen,” benadrukt Kees Boer, projectmanager bij de gemeente in Drenthe. Boer denkt voor de productie onder meer aan zonnestroom: “In Drenthe en in heel het noorden liggen veel aanvragen voor zonneweides. Die produceren elektra die je soms niet kwijt kunt. Tijdens een piek in de productie kun je die energie via elektrolyse omzetten in waterstof die je vervolgens weer lokaal als energiebron kunt gebruiken.”

 

Een eitje bakken op waterstof

In de proeftuin The Green Village van de TU Delft, tevens huisvesting voor studenten, gaat men testen of de woningen zijn te verwarmen met waterstofgas. Om de vereiste aanpassingen van het aardgasnetwerk (naar waterstofgasnetwerk, red.) te onderzoeken gebruiken ze standaard leidingwerk zoals nu ook voor aardgas wordt gebruikt. Een moderne cv-ketel voor aardgas zou ook op waterstofgas moeten kunnen branden, zo is de verwachting in Delft. Behalve de techniek wil men ook de gebruikerservaring onderzoeken. “Hoe werkt het met je verwarming en de andere apparaten?”, zo legt Serge Santoo van The Green Village uit in dagblad Trouw. “Is het comfortabel en prettig? Zonder ervaring met waterstof vragen gewone bewoners zich toch af: kan ik ermee stoken en douchen, en kan ik op mijn fornuis gewoon een eitje bakken?”

 

Brander voor cv-ketel die 100% op waterstof brandt

Bekaert Heating in Assen heeft een brander ontwikkeld voor cv-ketels die voor 100 procent op waterstof brandt. Directeur marketing en sales Pierre Bartholomeus spreekt in Dagblad van het Noorden van een belangrijke vinding. “Het duurt ook nog wel een aantal jaren voordat we de brander op de markt brengen. We moeten hem nog uitvoerig testen. Een cv-ketel moet tot wel vijftien jaar mee kunnen.” De Belgische multinational Bekaert is gespecialiseerd in bijzondere metaaltoepassingen en coatings.

 

Proef met waterstofgas op Ameland

Er is al enige ervaring met het bijmengen van waterstofgas. Zo werd in Ameland ineen proef van Duurzaam Ameland (samenwerkingsverband van de gemeente Ameland en een aantal bedrijven, red.) 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. “Waterstofgas bestaat immers uit zeer kleine moleculen”, zo legt Albert van der Molen, expert asset management bij Stedin uit.

 

Veiligheid voorop in combinatieketel waterstof en aardgas

Omdat het gemeentehuis van de gemeente Voorst wordt gerenoveerd, verhuizen de ambtenaren tijdelijk naar een leegstaand schoolgebouw. De ketels in dat gebouw waren aan vervanging toe. Om ervaring om te doen met verwarmen met waterstofgas, kozen installatiebedrijf en gemeente om samen op te trekken. In deze pilot met een hr-ketel van Atag wordt waterstofgas lokaal geproduceerd. Naast de ketels, waarvan één toestel is gemodificeerd in een waterstof/aardgas-combinatie, wordt namelijk een waterstofgenerator van Tieluk geïnstalleerd. Als er een warmtevraag is, komt de productie van waterstofgas op gang.

Grootschalige productie van groene waterstofgas in de planning

Er zijn een aantal actuele plannen voor de grootschalige productie van groene waterstof. Niet alleen Gasunie onderzoekt met partners allerlei mogelijkheden voor de productie en het transport van groene waterstof. Ook Tata Steel denkt na over de productie van groene waterstof op haar terrein in IJmuiden. Doel is ‘power to gas’ op industriële schaal te realiseren. De eerste plannen gaan uit van proefinstallaties van 100 MW in de komende jaren. 

3,7 miljoen gebouwen in Leeds over op waterstofgas

Uit een studie van het Engelse energiebedrijf Northern Gas Networks blijkt dat het technisch en economisch haalbaar is om grote delen van het Engelse gasnetwerk om te bouwen naar waterstofgas. De stad Leeds moet het voorbeeldproject worden. Het project draagt de naam H21 North of England en bestaat uit een gedetailleerd technisch plan om 3,7 miljoen huishoudens en bedrijven om te zetten van aardgas naar waterstofgas (85 TWh, ofwel 14 procent van alle warmte in Engeland). Het plan bevat 8 TWh aan waterstofopslag om aan de piekvraag in de winter te kunnen voldoen. De concrete ombouw zou in 2028 moeten beginnen en in 2034 worden opgeleverd. Bij succes worden nog eens 12 miljoen woningen omgezet van aardgas naar waterstofgas.

 

 

 

 

 

Reageer op dit artikel