Fit for 55: waterstof in industrie en transport

Een forse verlaging van de CO₂ emissie uitstoot in het transport is van groot belang voor onze toekomst. De inzet van waterstof als brandstof gaat de komende decennia bij deze verduurzaming een essentiële rol spelen. Waarom gaat waterstof zo’n belangrijke rol als brandstof spelen, wat betekent dat voor de inrichting van de infrastructuur en transportketens en in welk stadium zitten nu de verschillende modaliteiten?

Waarom is waterstof in opkomst?

Nederland was in het kader van de Europese Green Deal al begonnen met maatregelen om de CO₂ uitstoot in Nederland te verminderen. In de zomer van 2021 heeft de Europese Commissie een uitgebreider pakket maatregelen voorgesteld (Fit for 55 package) om versneld de emissies te verminderen. Dit pakket bevat een aantal voorstellen waarmee de CO₂ uitstoot in 2030 niet met 40% maar met 55% verminderd moet zijn in vergelijking met 1990. Deze voorstellen zijn gericht op beleid en regels ten aanzien van klimaat, energie, landgebruik, transport en belastingen.

Foto: ANP

De inzet van waterstof (H₂)voor transport moet een belangrijke bijdrage gaan leveren aan de gestelde doelen van het Europese klimaatbeleid. Waterstof is een schone energiedrager, en transport van waterstof is bovendien relatief goedkoop, waardoor het over langere afstand kan worden getransporteerd. Ook kan waterstof eenvoudig opgeslagen worden in grote volumes en kan het op elk moment worden aangewend. De grootste toepassingen van waterstof zijn op dit moment in de raffinage-industrie (productie van methanol) en de meststofsector (productie van ammoniak). Een andere belangrijke toepassing is in de staalsector, waar waterstof nodig is voor Direct Reduced Iron (DRI). In de transportsector wordt waterstof vooral gezien als mogelijke brandstof voor de zwaardere vormen van transport en de langere afstanden (scheepvaart, binnenvaart, etc.).

Op dit moment is waterstof veelal nog ‘grijze waterstof’. Grijze waterstof wordt gemaakt door het ‘reformen’ van aardgas. Bij deze productie komen nog altijd CO₂ emissies vrij. Doel is om ‘groene waterstof’ te produceren, op basis van duurzame/hernieuwbare energievormen, zoals zonne-energie en windenergie. Tijdens de transitieperiode wordt ook nog gebruik gemaakt van ‘blauwe waterstof’. Beide vormen worden gemaakt met behulp van elektrolyse van water. Bij blauwe waterstof wordt de CO₂ afgevangen en opgeslagen, en komt dus niet vrij (ook wel bekend als Carbon Capture and Storage).

Om de genoemde doelstellingen te bereiken is een grote groei van de productie en gebruik van (groene) waterstof nodig. Deze groei is alleen te bereiken via een strategie gericht op realisatie van een nieuwe waterstof-infrastructuur. De Nederlandse overheid zet sterk in op de ontwikkeling van H2 als brandstof voor verschillende modaliteiten via de implementatiestrategie Waterstof in Mobiliteit. Het Nederlandse beleid is gericht op 15.000 waterstofauto's, 3.000 waterstof-bedrijfsauto's en 50 waterstoftankstations in 2025, en 300.000 waterstofauto's en 300 waterstoftankstations in 2030.

Beschikbaarheid

In Nederland wordt dus ingezet op grootschalige productie en gebruik van waterstof. Om deze grote volumes in Nederland beschikbaar te krijgen zijn er twee mogelijkheden:

• Hernieuwbare elektriciteit (zon, wind) via hoogspanning gelijkstroomkabels naar Nederland getransporteerd, waar het wordt gebruikt om een elektrolyser aan te drijven voor de productie van waterstof. De waterstof wordt via een (gas)buisleiding naar locaties in Nederland getransporteerd (via de waterstof back-bone). Nederland heeft hiervoor goede kaarten met de verschillende windparken die op zee ontwikkeld worden.
• In het buitenland geproduceerde waterstof wordt via een waterstofdrager (zoals ammoniak of methanol) per schip naar Nederland vervoerd, waar de waterstof kan worden teruggehaald (reconversie). Voor deze tweede mogelijkheid worden logistieke ketens ontwikkeld voor het transport, overslag, opslag en eventuele omvorming van waterstof en de waterstofdragers.

Op dit moment wordt nog vooral waterstof in gecomprimeerde gasvorm gebruikt. Deze waterstof wordt via pijpleidingen tussen de waterstoffabrieken en gebruikers vervoerd, of (in kleinere hoeveelheden) met tube trailers vervoerd en in hogedrukvaten (200, 350 of 700 bar) opgeslagen. Compressie is nodig om de benodigde ruimte te beperken. Nadeel is dat er door het comprimeren 10 tot 15% energie verloren gaat afhankelijk van de gewenste druk. In de toekomst zijn afhankelijk van de vorm waarin waterstof getransporteerd moet worden (gas of vloeibaar via een energiedrager) verschillende logistieke ketens mogelijk. Wel is duidelijk dat waterstof in gasvorm gebruikt zal blijven worden, en voor de grote volumes via buisleidingen vervoerd gaat worden (waterstof back-bone).

Waterstofinfrastructuur in Nederland

Nederland wil een waterstof hub functie realiseren. Industrieclusters en havens spelen daarbij een cruciale rol, omdat zij al aangesloten zijn op het huidige gasnetwerk van Nederland, goede verbindingen hebben voor de aan- en afvoer van waterstof en de benodigde faciliteiten hebben of hierin investeren.

• De Gasunie heeft een waterstof hoofdinfrastructuur voor ogen, waarbij het huidige gasbuisleidingennet wordt omgevormd tot een waterstof back-bone, waarbij ‘kleine’ nieuwe aansluitingen gecreëerd zullen worden. Het kabinet heeft eind juni 2021 besloten te starten met de ontwikkeling van een plan van ca. €1,5 miljard voor een onderbouwde en gefaseerde uitrol van dit landelijk waterstoftransportnet.
• De haven van Rotterdam wil een internationale waterstofhub worden. Op dit moment is Rotterdam al een belangrijke energiehaven, waarbij bijna drie keer de energievraag van Nederland via schepen wordt aan en afgevoerd. Doel is om in 2050 de waterstofhub voor Noordwest Europa te zijn, waar jaarlijks 20 miljoen ton aan waterstof doorheen gaat. Hiervoor is zowel grote productiecapaciteit als import van waterstof nodig zijn. Een groot deel daarvan zal met zeeschepen worden aangevoerd vanuit gebieden waar goedkoop waterstof geproduceerd kan worden.
• In Noord Nederland werken Groningen Seaports, bedrijven en overheden samen aan de ontwikkeling van het waterstofsysteem in de regio. Noord Nederland manifesteert zich zo als koploper en wil kansen verzilveren die deze positie met zich meebrengt. Noord Nederland wilt hiervoor een schaalsprong maken in de jaarlijkse productie van emissievrije groene en blauwe waterstof. Dat wordt bereikt door investeringen in productieclusters en infrastructuur voor waterstof.
• De haven van Amsterdam werkt samen met partners aan een haven waar groene waterstof worden geproduceerd, geïmporteerd, opgeslagen en doorgevoerd. De nieuwe windparken voor de kust van IJmuiden zorgen voor windenergie waarmee groene waterstof gemaakt wordt op het terrein van Tata Steel. Deze waterstof wordt vervolgens via buisleiding naar de Amsterdamse haven vervoerd om de industrie in de regio en het lokale transport van schone energie te voorzien. Amsterdam heeft als energiehaven ook de infrastructuur en capaciteit om waterstof op te slaan.
• Ook in de Schelde-Delta regio werken North Sea Port en Provincie Zeeland in het platform Smart Delta Resources (SDR) samen om te komen tot een waterstof hub. Daarbij zetten zij in op verduurzaming middels de inzet van waterstof (groene en tijdens de transitie ook blauwe waterstof). Inmiddels zijn reeds zeven elektrolyse projecten in de regio aangekondigd met een totale capaciteit van ~2GW. Ook wordt gekeken naar import, doorvoer en export van waterstof en het in de toekomst creëren van de benodigde faciliteiten daarvoor.

Waterstofgebruik door modaliteiten

Naast dat waterstof als energiedrager in grotere hoeveelheden op verschillende manieren vervoerd gaat worden, moet de transportsector zelf ook verduurzamen. Met waterstof en een brandstofcel kan een voer- of vaartuig emissievrij en duurzaam rijden. De compacte opslag, op hoge druk in een waterstoftank en de korte tijd om te ‘tanken’ maakt de Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) gebruiksvriendelijk, en geeft een grote actieradius. Omdat er in de toekomst meer energie beschikbaar is, kunnen er ook krachtigere elektromotoren worden gebruikt. Voor kleinere afstanden en lichtere voertuigen is de Battery Electric Vehicle (BEV) een logischere toepassing. Het gebruik van waterstof als brandstof voor verschillende modaliteiten staat in de kinderschoenen, waarbij BCI onderzoek heeft gedaan binnen het RH2INE programma voor de binnenvaart:

• Weg: Op kleine schaal wordt dit gebruik uitgeprobeerd, beproefd en onderzocht. Zo zijn er op de weg diverse demonstratieprojecten met vrachtwagens, bussen, vuilniswagens en kleinere voertuigen die gebruik maken van waterstof via verschillende waterstoftankinstallaties in Nederland.
• Spoor: In het spoorvervoer zijn in Nederland de eerste testritten gehouden met het rijden met een waterstoftrein voor reizigers tussen Groningen en Leeuwarden. De provincie Groningen heeft als doel om tegen 2024 waterstoftreinen in te zetten op het spoor, terwijl ook onderzoek is gedaan naar gebruik van waterstof door vrachttreinen. Dat lijkt op de korte termijn niet haalbaar door een aantal praktische haken en ogen. Hoe wordt bijvoorbeeld omgegaan met de H₂-container bij het samenstellen of draaien van richting van een trein? Toch lijkt waterstof op de langere termijn mogelijkheden te bieden voor de langere trajecten per spoor waar geen bovenleiding aanwezig is. Op spoorinfrastructuur waar bovenleiding aanwezig is, worden vooral elektrische locomotieven ingezet.
• Binnenvaart: Om waterstof in de binnenvaart te gaan gebruiken zijn er in Nederland verschillende initiatieven, waaronder het RH2INE-programma. Het Rhine Hydrogen Integration Network of Excellence (RH2INE programma) is een internationaal Europees programma waar publieke en private partijen in samenwerken. Het RH2INE-prgramma richt zich op de ontwikkeling van de juiste voorwaarden en infrastructuur voor het gebruik van waterstof voor de vervoersketens over land. In dit programma wordt concreet gewerkt aan de ontwikkeling van binnenvaartschepen die gebruik maken van waterstof (onder andere door Future Proof Shipping). Voor de korte- en middellange termijn lijkt het erop dat in de binnenvaart vooral gebruik gemaakt zal worden van containers met gecomprimeerde waterstof. Dit sluit qua principe aan op de ontwikkelingen van gebruik van batterijcontainers in de binnenvaart. Deze containers kunnen op de bestaande containerterminals worden overgeslagen, waardoor geen aparte infrastructuur voor de waterstof hoeft te worden aangelegd. De containers kunnen dan op ‘algemene’ vullocaties, die ook aan andere gebruikers waterstof kunnen leveren, gevuld worden. Ook voor de zeescheepvaart worden studies uitgevoerd naar welke waterstof vorm het meest geschikt en meest efficiënt is.

Knelpunten

Bij al de initiatieven voor het gebruik van waterstof komen enkele belangrijke knelpunten steeds naar voren:

• Hoge kosten in komende jaren: Waterstof (en met name groene waterstof) is de komende tijd een dure brandstof. Het is belangrijk dat de markt van waterstof in volume groeit en dat de productiekosten sterk dalen. Alleen dan wordt waterstof een commercieel aanvaardbare brandstof.
• Beperkte beschikbaarheid van waterstof infrastructuur: Om flexibel materieel inzetbaar te hebben, moet op de gewenste plaats en tijd waterstof beschikbaar zijn. Waterstoftanklocaties moeten daarvoor goed verspreid en in voldoende aantallen beschikbaar zijn. Bij gebruik van waterstofcontainers moeten ook voldoende (nog dure) containers beschikbaar zijn en op een kosteneffectieve manier georganiseerd worden. Een containerpoolingsysteem met gestandaardiseerde containers is waarschijnlijk het meest levensvatbaar.
• Beperkte beschikbaarheid van materieel dat op waterstof kan opereren: Doordat de ontwikkeling van geschikt materieel vaak in de beginfase zit, zijn de individuele voertuigen erg duur. Dit vraagt doorontwikkeling en opschaling om de kosten te laten dalen. Bovendien wordt veel materieel pas na een lange gebruiksduur vervangen. Retrofit van bestaand materieel kan helpen bij dit opschalen.

Om deze knelpunten te overwinnen blijft het gezamenlijk werken aan de ontwikkelingen van belang. Tevens werken de overheden aan verschillende vormen van financiering en beleid om de kosten te helpen verlagen. De komende tijd staat nog veel te gebeuren, voordat waterstof haar bijdrage aan de verduurzaming kan waarmaken. BCI werkt voor verschillende partijen aan onderdelen van deze vraagstukken, bijvoorbeeld bij het zoeken naar nieuwe financieringsvormen binnen de MIRT Goederenvervoercorridors en het onderzoeken naar verduurzaming van de binnenvaart via de RH2INE locatie studie.