Waterstof kan een belangrijke rol gaan spelen in de transitie naar een duurzame energievoorziening. Nu wordt er vooral grijze waterstof geproduceerd door verbranding van vooral aardgas en blauwe wanneer bij dat proces CO2 wordt afgevangen. Maar als het gaat om groene waterstof, die volledig uit zon en wind is geproduceerd, zijn er nog technologische drempels te slechten. TNO werkt aan innovaties voor productie, transport en opslag van waterstof en toepassingen als brandstofcellen en gasturbines om de energietransitie te versnellen.
Ons land kan zelfs een voortrekkersrol spelen bij de ontwikkeling van componenten voor de nieuwe generatie electrolysers. Deze apparaten gebruiken elektriciteit om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Als die elektriciteit door zon of wind is opgewekt, is er sprake van CO2-vrije, groene waterstof. De huidige generatie electrolysers leveren nog te weinig vermogen om een belangrijke rol te kunnen spelen in de energietransitie en is nog nauwelijks rendabel. Samen met bedrijven in de maakindustrie werkt TNO aan electrolysers met een aanzienlijk groter vermogen, langere levensduur en lagere kosten. Daarnaast zijn we met partners in binnen- en buitenland begonnen met het ontwerp van de groene waterstofcentrale van de toekomst, die aanzienlijk meer duurzame waterstof kan produceren tegen een derde van de huidige kosten.
Nederland kan een belangrijke toeleverancier worden van componenten aan fabrikanten van electrolysers. Door met deze bedrijven samen te werken aan robuuste, betrouwbare en goedkopere onderdelen kan ons land een belangrijke positie innemen op deze mondiale groeimarkt. Samenwerking tussen onderzoeksinstituten, fabrikanten en eindgebruikers is noodzakelijk om proefinstallaties te bouwen en steeds verder op te schalen.
Methaanpyrolyse kan grootschalige inzet van emissieloos waterstof enorm versnellen. Voor de benodigde energie kan ook duurzame stroom worden ingezet. Dan is de totale CO2-uitstoot dus nihil. Bovendien is er per waterstofmolecuul beduidend minder energie nodig dan bij steam methane reforming, dan wel bij elektrolyse van water. Het is betaalbaar en binnen enkele jaren commercieel toepasbaar. Met methaanpyrolyse wordt waterstof uit aardgas gemaakt met koolstof – en niet CO2 – als waardevol bijproduct. Bij deze technologie wordt bij hoge temperatuur in een gesmolten metaallegering methaan gesplitst tot waterstof en pure koolstof. De reactie heeft plaats in een bad van ongeveer 900 graden Celsius met gesmolten metaal. Aardgas vliegt er aan de bovenkant uit en vaste koolstof komt bovendrijven. De uitstoot kan echter enorm worden gereduceerd en zelfs geneutraliseerd. TNO is bezig met een verfijning van het proces, om zuivere koolstof te produceren en gaat een pilot-installatie bouwen waarna de commerciële toepassing volgt. Opschalen van de technologie is niet ingewikkeld en is in fabrieken modulair op te bouwen en uit te breiden.
De huidige grijze waterstof wordt nu met name geproduceerd en toegepast in de industrie, vooral als grondstof voor onder meer ammoniak en kunstmest. In de toekomst kan groene waterstof als brandstof een alternatief zijn voor aardgas in productieprocessen en voor hoge temperatuur warmte in de industrie. Waterstof wordt als brandstof voor voertuigen nu nog beperkt gebruikt. Voor langere afstanden en zwaarder transport zijn veilige, compacte tanks nodig om waterstof op te slaan in een vrachtwagen, een binnen- en zeeschip en mogelijk zelfs een vliegtuig. TNO onderzoekt welke materialen geschikt zijn om waterstof bij extreem lage temperatuur dan wel bij hoge druk in vloeibare toestand op te slaan.
Windparken op zee gaan steeds meer elektriciteit produceren, meer dan het huidige elektriciteitsnet aan kan. Omzetting van elektriciteit in waterstof en transport van waterstof door een deel van het bestaande gasnet is een alternatief voor verzwaring van het elektriciteitsnet. De aardgasleidingen zijn met relatief kleine ingrepen geschikt te maken voor waterstof. Nederland is dankzij deze unieke infrastructuur hier goed op voorbereid.
Een voordeel van waterstof is dat het relatief goedkoop op grote schaal kan worden getransporteerd en opgeslagen. Opslag kan bijvoorbeeld in ondergrondse zoutcavernes. Tevens onderzoekt TNO wat de kansen en uitdagingen zijn voor opslag in lege gasvelden. Ondergrondse opslag van waterstof is zeer geschikt voor het overbruggen van langere periodes (dagen tot maanden) waarin er verschil is tussen vraag en aanbod van elektriciteit dan wel warmte. Nederland kent bijvoorbeeld een sterk verschil in de vraag naar warmte in zomer en winter. Ook is het aanbod van elektriciteit uit zon en wind sterk weers- en seizoensafhankelijk. Met waterstof als energiedrager kunnen periodes met overschotten en tekorten aan energie uit wind of zon worden opgevangen zodat het energiesysteem in balans blijft.
Technisch gezien kan overal waar nu aardgas wordt gebruikt dit worden vervangen door groen waterstof gas. Maar economisch en maatschappelijk is dit zeker niet in alle gevallen de beste optie. Zo is het voor de gebouwde omgeving in veel gevallen efficiënter gebruik te maken van duurzame bodemwarmte of een warmtepomp dan wel een combinatie. Van belang is deze afweging op systeemniveau te maken.
Waterstof is daarom meer dan een technologisch vraagstuk. Het is niet alleen van invloed op ons energiesysteem maar heeft ook economische, juridische en andere maatschappelijke gevolgen, waarbij veel verschillende belangen moeten worden afgewogen. TNO combineert diepgaande kennis van technologieën, markten, verdienmodellen en wetgeving om partijen te helpen de juiste keuzes te maken. We zijn actief in tal van projecten in binnen- en buitenland, waardoor we een integraal overzicht hebben van alle vraagstukken rond waterstof.
