Hoe we de waterstofregenboog kunnen volgen
Waterstof is een van de meest voorkomende chemische elementen op aarde. Het vormt water, goed voor 65% van het menselijk lichaam, en is een van de twee componenten waaruit methaan ontstaat, beter bekend als aardgas. Het is overvloedig aanwezig, en toch is er energie nodig om het element te winnen om het als alternatieve energiebron te kunnen gebruiken.
Er bestaan talrijke manieren om waterstof te maken, maar momenteel is 96% van de waterstof die op aarde wordt geproduceerd, afkomstig van methaan, via een proces dat stoomreforming wordt genoemd. Onder hoge temperatuur wordt zo waterstof met stoom gewonnen uit methaan, een krachtig broeikasgas. Waterstof die op deze manier wordt geproduceerd, kennen we als "bruine" waterstof. Door gebruik te maken van hetzelfde proces als voor bruine waterstof, maar door de als bijproduct geproduceerde CO2 af te vangen en op te slaan, ontstaat 'blauwe' waterstof. Waterstof kan ook worden geproduceerd uit water middels een techniek die we elektrolyse noemen. Die maakt gebruik van elektriciteit om de waterstofatomen waaruit water bestaat, te scheiden. Als die elektriciteit afkomstig is van hernieuwbare bronnen, spreken we over 'groene' waterstof. Als ze van nucleaire oorsprong is, noemen we ze 'roze' waterstof.
Gaande van verf tot meststoffen; waterstof speelt nu al een cruciale rol in veel sectoren, waaronder de verwerkende nijverheid en de landbouw. Deze veelzijdigheid van waterstof heeft ervoor gezorgd dat het door overheden en ondernemingen regelmatig wordt aangeprezen als de ultieme groene energiebron. In het "Ten Point Plan for a Green Industrial Revolution" van het Verenigd Koninkrijk wordt waterstof maar liefst 56 keer vernoemd; wind wordt slechts 28 keer vernoemd en kernenergie 16 keer. De belofte van premier Boris Johnson om 12 miljard pond overheidsgeld te investeren, betekent ook dat de privésector de komende negen jaar drie keer zoveel zal investeren om de groene wende te realiseren. Het Britse plan gaat ervan uit dat waterstof een essentieel bestanddeel zal zijn van de alternatieve energiemix van de toekomst.
Een van de sterkste punten van waterstof is dat het een potentieel alternatief is voor steenkool bij de productie van staal, die verantwoordelijk is voor 7% van de wereldwijde uitstoot. Verscheidene van de grootste staalfabrikanten in Europa hebben al aangegeven dat ze waterstof willen gebruiken om de CO2-uitstoot te verminderen. Hierdoor zouden andere sectoren met een hoge uitstoot, zoals de scheepvaart, kunnen overwegen om waterstof te gaan gebruiken om hun koolstofvoetafdruk te reduceren.
De massale ingebruikname van waterstof stuit echter op verschillende hinderpalen. Ten eerste, de uitdagingen om de elektriciteitsproductie uit hernieuwbare energiebronnen op te schalen. Om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, moeten we onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verschuiven naar elektriciteit op basis van hernieuwbare energiebronnen. Momenteel is slechts 29% van de wereldwijde elektriciteitsproductie afkomstig van hernieuwbare energiebronnen. Om de hoeveelheid 'groene' waterstof te leveren die nodig is voor de wereldwijde groene energiewende, zou er evenveel elektriciteit moeten worden geproduceerd als vier vijfde van de totale wereldproductie in 2020, volgens de recente roadmap "Net Zero by 2050" van het Internationaal Energieagentschap. Als dit obstakel niet wordt aangepakt, bestaat het risico van 'dubbele opwarming'. Er wordt dan niet voldoende waterstof geproduceerd om de emissiedoelstellingen te halen en men wordt meer afhankelijk van fossiele brandstoffen om elektrolyzers aan te drijven of de stoomreforming te laten werken.
Naarmate we steeds meer opschuiven naar een economie die netto geen CO2 meer produceert, zal de vraag naar elektriciteitsverbruik alleen maar toenemen, onder impuls van nieuwe producten zoals elektrische auto's. Het zal een hele uitdaging zijn om duurzaam aan deze vraag te voldoen, aangezien onze huidige hernieuwbare energiebronnen nu al onder druk staan. In Europa is hernieuwbare energie nodig om de verouderende kerncentrales en de uit bedrijf genomen kolen- en gascentrales te vervangen. In andere landen, zoals China of India, neemt de vraag naar betrouwbare en schone energie toe als gevolg van de bevolkingsdruk. In tegenstelling tot Europa investeren deze landen in nieuwe kernenergiecentrales, die een essentiële stabiliserende factor zullen vormen in het koolstofarme elektriciteitsnet, vooral omdat de energievraag in deze landen in hoog tempo blijft toenemen.
Gelet op de uitdagingen om voldoende koolstofarme elektriciteit te produceren om waterstof te maken, mag het geen verrassing heten dat de grootste voorstanders van waterstof te vinden zijn in de olie- en gassector. Bedrijven met de grootste koolstofvoetafdruk hebben immers snel ingezien dat waterstof nieuwe commerciële mogelijkheden kan opleveren, met name voor aardgas. Als gevolg daarvan zijn zij hun oude businessmodellen aan het verschuiven richting blauwe waterstof, in combinatie met ambitieuze plannen om koolstof af te vangen en op te slaan. Maar lopen we door in te zetten op blauwe waterstof dan het risico dat we uiteindelijk meer bruine waterstof krijgen?
CCS, waarbij broeikasgasemissies worden afgevangen en opnieuw in de bodem worden geïnjecteerd, heeft het potentieel om de productie van koolstofarme waterstof uit aardgas te versnellen. Momenteel vertegenwoordigt blauwe waterstof echter minder dan 1% van de wereldwijde waterstofproductie vanwege de hoge kosten en logistieke uitdagingen. Op basis van de huidige evolutie zal het op zijn zachtst gezegd een hele uitdaging zijn om het systeem tegen 2050 voldoende op te schalen om voldoende blauwe waterstof te leveren om aan de wereldwijde vraag naar energie te voldoen.
Een andere beperking voor de ontwikkeling van waterstofenergie is de afhankelijkheid van nikkel voor de productie van elektrolyzers, wat toevallig een belangrijk onderdeel is van batterijen voor elektrische auto's, een ander domein waar de netto nuluitstoot doelstelling voor een enorme groei zal zorgen. Hoe kunnen we voldoende elektrolyzers produceren om aan de vraag van de 'groene' waterstofmarkt te voldoen en tegelijkertijd genoeg elektrische voertuigen bouwen om de groeiende vraag van de consument op te vangen? In de Net Zero roadmap van het IEA wordt geraamd dat we tegen 2030 850 gigawatt (GW) elektrolysecapaciteit moeten hebben, terwijl er vandaag slechts 0,3 GW in productie is.
Om waterstof te integreren in een koolstofneutrale economie moeten we twee fundamentele vragen beantwoorden: hoe zullen de elektrolyzers worden geproduceerd en waarmee zullen ze worden aangedreven? Het opschalen van waterstof zou kunnen zorgen voor een vraag naar elektriciteit waaraan we amper kunnen voldoen met hernieuwbare energiebronnen alleen. In de plaats daarvan moeten we waterstof strategisch inzetten, zodat we tegen de laagste kostprijs de uitstoot van broeikasgassen maximaal kunnen reduceren. Vrachtwagens zouden bijvoorbeeld kunnen worden vervangen door treinen die op elektriciteit rijden, terwijl schepen, die te groot zijn om te worden geëlektrificeerd, baat zouden kunnen hebben bij verdere investeringen in binnenvaartschepen die op waterstof varen.
Als we het potentieel van waterstof serieus willen nemen, zijn er meer investeringen in de vele soorten waterstof nodig om ervoor te zorgen dat we dit kunnen opschalen. We moeten daarom onze wereldwijde elektriciteitsproductie opvoeren, maar dan wel op een duurzame manier en door gebruik te maken van het spectrum aan koolstofarme energiebronnen waarover we beschikken. Het mag dan wel het kleinste element zijn, waterstof kan wel een enorme rol spelen in de transitie naar een koolstofarme economie.
