Waterstof en CCS: een slimme combinatie

01-02-2018

Wat zijn de voordelen van waterstof en waarom kan de combinatie van waterstof en CCS een belangrijke rol spelen op weg naar een CO2-neutrale energievoorziening?

Zowel CCSals waterstof staan op dit moment volop in de belangstelling. Beide kunnen een rol vervullen in de energietransitie. Wat zijn de voordelen van waterstof en hoe kunnen we het toepassen om aan de energievraag te voldoen? Waarom kan de combinatie van waterstof en CCS een belangrijke rol spelen op weg naar een  CO2-neutrale energievoorziening?

In de energietransitie ligt op dit moment de nadruk op het verduurzamen van de elektriciteitsproductie door de inzet van zon en wind en het elektrificeren van energiebehoeften die nu nog niet geëlektrificeerd zijn. Twee voorbeelden daarvan zijn de introductie van de elektrische auto en de elektrische warmtepomp. Beide zorgen ervoor dat energie uit fossiele brandstoffen – in het eerste geval benzine of diesel, in het tweede geval aardgas – kan worden vervangen door duurzaam geproduceerde elektriciteit.

Maar duurzame elektriciteit uit zon en wind is niet in alle gevallen de beste oplossing voor een CO2-neutrale energievoorziening. Dat komt doordat sommige onderdelen van de energievoorziening niet of zeer moeilijk kunnen worden geëlektrificeerd. Zo is het erg moeilijk om met elektriciteit hoge-temperatuur- proceswarmte voor de industrie te genereren. Daar is verbranding van gas nog steeds de meest voor de hand liggende optie. Ook het opslaan van grote hoeveelheden energie gaat veel eenvoudiger in gasvorm dan in de vorm van elektriciteit. En voor het verwarmen van gebouwen is seizoensopslag nu eenmaal noodzakelijk, doordat in de winter de vraag naar warmte erg hoog is en in de zomer erg laag.

Waterstof als deel van de oplossing

Waterstof is een bijzonder veelzijdig molecuul. Het heeft als belangrijkste eigenschap dat er bij verbranding van waterstof geen CO2 wordt geproduceerd maar alleen water. Het past dus, net als elektriciteit, prima in de CO2-neutrale energievoorziening. Het kan een rol spelen bij productie van warmte, bij productie van elektriciteit en in mobiliteit. Daarnaast is waterstof is ook een grondstof voor een aantal chemische processen.

Ook bij de opslag van waterstof zien we grote voordelen ten opzichte van elektriciteit; het kan op diverse manieren worden opgeslagen, zowel in tanks als ondergronds. Ook kan waterstof door buizen worden getransporteerd. Deels kan dat zelfs door gebruik te maken van bestaande aardgasleidingen. En waterstof kan in een brandstofcel worden omgezet in elektriciteit, zodat de voordelen van waterstof ook indirect een rol kunnen spelen in het elektriciteitssysteem.

Verschillende soorten waterstof

Waterstof kan op verschillende manieren worden geproduceerd, met elektriciteit en met gas. Voor elektrolyse is alleen zuiver water nodig en elektriciteit. Het resultaat is waterstof en zuurstof. In een CO2-neutrale energievoorziening past dit proces heel goed als de gebruikte elektriciteit ook uit duurzame bronnen komt, bijvoorbeeld zon en wind. Deze waterstof wordt tegenwoordig dan ook vaak “groene waterstof” genoemd.

Echter, op dit moment wordt de meeste waterstof in Nederland en de rest van de wereld geproduceerd door methaan (uit aardgas) scheikundig met stoom te laten reageren. Het resultaat van dit proces is waterstof en CO2. Zolang we deze CO2 de lucht in laten gaan, noemen we dit product “grijze waterstof”. Maar daar is een oplossing voor: CCS. Door de afvang en opslag van de CO2 uit dit proces, ontstaat waterstof die ook CO2-neutraal is. Deze waterstof wordt vaak “blauwe waterstof” genoemd. Niet echt groen dus, maar zeker niet grijs.

Blauwe waterstof betekent slimme CCS

Deze vorm van CCS wordt ook wel pre-combustion-CCS genoemd, omdat de CO2 wordt afgevangen vóórdat verbranding heeft plaatsgevonden. Dit in tegenstelling tot post-combustion-CCS, waarbij de CO2 ná de verbranding uit de rookgassen moet worden gefilterd. Bij grootschalige productie van “blauwe waterstof” is het mogelijk om voor alle waterstoftoepassingen de CO2-uitstoot te beperken. Of de waterstof nu wordt gebruikt als grondstof of brandstof in de industrie, als energiedrager voor elektriciteitsproductie of voor mobiliteit.

De rol in energietransitie

Waterstof kan dus een belangrijke rol spelen in de energietransitie. Een slimme inzet van CCS is de grootschalige inzet van pre-combustion-CCS in combinatie met de ontwikkeling van een waterstofinfrastructuur. Die waterstofinfrastructuur kan de inzet van klimaatneutrale waterstof mogelijk maken op plaatsen waar post-combustion-CCS geen optie is vanwege het kleinschalige gebruik van energie. En zolang de Nederlandse elektriciteit nog niet volledig duurzaam wordt opgewekt, zal klimaatneutrale waterstof vooral “blauwe waterstof” zijn. Met de groei van het aandeel zon en wind in de elektriciteitsmix zal het aandeel “groene waterstof” gaan toenemen. Voor de opbouw van de waterstofinfrastructuur (nieuwe leidingen, ombouw van bestaande gasleidingen, opslag, tankstations) maakt het niet uit welke waterstof er wordt gebruikt. “Blauwe waterstof” kon zo de wegbereider zijn van “groene waterstof”.

 

CCS1: carbon capture and storage is het afvangen en ondergronds opslaan van kooldioxidegas dat vrijkomt bij de verbranding van (fossiele) brandstoffen.