Bij het transport van waterstof denken mensen onbewust aan het vervoer van aardgas of LPG, omdat dit ons bekend is. Aardgas roept beelden op van ondergrondse buizen in de wijk en roodkoperen leidingen in huis. LPG doet denken aan tankwagens die tankstations bevoorraden, hoewel LPG tegenwoordig minder bekend is doordat auto’s op gas uit de gratie zijn geraakt.
Maar waterstof is een heel ander verhaal: het transport ervan is niet vergelijkbaar met dat van aardgas of LPG. Zoals eerder te zien was in deel 3 van deze serie Henk Schreij over “Waarom waterstof”, deel 3: de waterstofvrachtauto – Hier in Salland bij de bevoorrading van waterstof-tankstations.
De verschillen tussen aardgas en waterstof
Aardgas bestaat voornamelijk uit methaan, met daarnaast enkele andere stoffen. Bij de verbranding van aardgas komt CO2 vrij, een gas dat als een isolerende deken rond de aarde blijft hangen, waardoor het overal steeds warmer en daarna heter wordt. De CO2 uit aardgas is verantwoordelijk voor ongeveer 30 procent van deze isolerende deken. Maar ook methaan zelf is een isolerend gas, nog veel krachtiger dan CO2. En omdat er nogal wat aardgas ontsnapt tijdens de winning en het gebruik, zorgt dit voor nog eens 12 procent extra isolatie en daarmee opwarming.
Waterstof daarentegen, geeft bij verbranding alleen maar water(damp) en geen CO2. Maar pas op, waterstof is geen energiebron zoals aardgas. Het is een opslagmedium dat gemaakt is uit iets anders. Momenteel wordt 99 procent van de waterstof gemaakt uit fossiele brandstoffen, met een aanzienlijke CO2-uitstoot. Voor de toekomst is het de bedoeling om waterstof te produceren uit elektriciteit van wind- of zonne-energie, of desnoods de CO2 af te vangen en op te slaan. Dit is cruciaal, omdat er vanaf 2050 geen CO2 meer mag worden uitgestoten.
(Lees verder onder afbeelding)
De belangrijkste chemische en natuurkundige verschillen tussen waterstof en aardgas (methaan)
Waterstof is het lichtste gas dat er bestaat—ongeveer 8 keer lichter dan methaan. Hoewel vaak de verbrandingswarmte per kilogram wordt benadrukt om een positiever beeld te schetsen, ligt het werkelijke probleem bij het transport van waterstof niet in het gewicht, maar in het volume. Door het lage gewicht is er namelijk veel meer ruimte nodig om waterstof effectief te vervoeren.
Kan waterstof door aardgasleidingen worden verpompt?
De Gasunie beschikt over een enorm aardgasnetwerk in Nederland. Dit netwerk bestaat allereerst uit pijpleidingen van hoogwaardig staal, die voor de veiligheid diep in de grond liggen. Om de hoge druk (zo’n 100 atmosfeer) te handhaven, zijn er op regelmatige afstanden compressorstations.
De Gasunie is ook één van de grote promotors van waterstof en stelt dat dit bestaande aardgas netwerk in de toekomst (na 2050) ook voor het transport van waterstof kan dienen. Zo blijven hun bestaande leidingen in gebruik en hoeven ze niet op korte termijn worden afgeschreven, aldus de Gasunie. Dit klinkt veelbelovend, maar de werkelijkheid is anders door de grote verschillen tussen aardgas en waterstof. Met grote gevolgen voor de pijpleiding, de pompcapaciteit, de afsluiters en compressoren.
- Leidingmateriaal: De hogedruk stalen pijpen die voor aardgas worden gebruikt, zijn gevoelig voor waterstofbrosheid. Bij aardgas is dit geen probleem, maar bij waterstof wel en kunnen na een tijd scheuren en lekkages ontstaan. Soms is er een plastic binnenwand die waterstof kan tegenhouden, maar meestal niet. Achteraf aanbrengen van een binnenwand is praktisch onmogelijk.
- Pompcapaciteit: Waterstof bevat slechts één-derde van de energie-inhoud van aardgas. Dit betekent dat er drie keer zoveel waterstof verpompt moet worden, wat een veel hogere druk vereist, wel negen keer zoveel (kwadratisch). De huidige pijpleidingen zijn hier niet voor geschikt, en er zouden meer en krachtiger compressoren nodig zijn.
- Afsluiters en pakkingen: De onderdelen van het leidingnetwerk, zoals afsluiters en pakkingen, zijn ontworpen voor aardgas, hetzelfde geldt voor de compressoren. Dunne waterstofmoleculen zouden door deze onderdelen lekken, waardoor deze vervangen moeten worden.
- Distributienetwerk: Na de hoofdleiding wordt aardgas via een netwerk van lage-drukleidingen verdeeld naar eindgebruikers. Hoewel sommige leidingen van waterstofbestendig plastic (HDPE) zijn gemaakt zouden afsluiters, verbindingen en andere onderdelen ook bij lage druk waterstof lekken. En waterstof is veel explosiever dan aardgas, wat extra veiligheidsrisico’s oplevert.
Gezien al deze punten is het praktisch onmogelijk om het huidige aardgasnetwerk te gebruiken voor waterstof. De enige oplossing is daarom de aanleg van een geheel nieuw waterstofnetwerk. De geclaimde kostenvoordelen van het hergebruiken van het aardgasnetwerk zijn niet realistisch—ze zijn gebruikt om het waterstofproject goedkoper voor te stellen om zo ermee te kunnen starten.
Nu er knopen voor de financiering doorgehakt moeten worden, komt de onjuiste voorstelling van zaken aan het licht. Zie bijvoorbeeld het bericht in Nu.nl (ingekort)
(Lees verder onder afbeelding)
Nieuw netwerk
De aanleg van een landelijk waterstofnetwerk voor de industrie valt veel duurder uit. Waar Gasunie de kosten eerder nog raamde op 1,5 miljard euro, gaan ze nu uit van 3,8 miljard euro.
Dat komt onder meer door hoge materiaalkosten. Ook blijkt het maar beperkt mogelijk om bestaande aardgasbuizen te hergebruiken, schrijft klimaatminister Sophie Hermans. Mogelijk kunnen de kosten in de toekomst nog verder oplopen. De nieuwe raming van Gasunie is nog “onzeker” omdat de aanleg van het waterstofnet nog 8 jaar duurt en veel kosten dus nog moeten komen.
Hermans is onaangenaam verrast door de plotselinge kostenstijging. Ze schrijft dat ze wil weten hoe het kan dat de kosten zijn geëxplodeerd en hoe verdere tegenvallers kunnen worden voorkomen.
Een woordvoerder van Gasunie licht toe dat er honderden kilometers aan leidingen langer nodig zijn voor het transport van aardgas. Daardoor moeten er nieuwe leidingen worden gelegd om waterstof te vervoeren. “Dan heb je het ook over hogere kosten”, zegt de woordvoerder.
Welke waterstof transporteren?
Eerder in deze serie bleek al dat Nederland niet in staat is om een significante hoeveelheid groene waterstof te produceren. Tegelijkertijd geven bedrijven, zoals de Hoogovens, aan over te schakelen op waterstof en daarvoor grote hoeveelheden nodig te hebben. De oplossing hiervoor is gezocht in de import vanuit het buitenland. Zo bezocht de sultan van Oman onlangs onze koning met de belofte om binnen vijf jaar grote hoeveelheden waterstof uit Oman te leveren, geproduceerd met behulp van een enorm zonnepaneelveld van 50.000 km² — groter dan Nederland (34.000 km²).
Er zijn plannen om in Amsterdam een waterstofterminal te bouwen, die over vijf jaar operationeel moet zijn. Maar er is nog een grote horde: er bestaat momenteel geen tankschip voor waterstof, behalve op de tekentafel. Bovendien vereist het vervoer van waterstof vier keer zoveel tankschepen als bij aardgas (LNG), vanwege het drie keer zo grote volume en de extra benodigde isolatie (-253 °C). Het afkoelen tot deze temperatuur kost daarnaast 25 tot 30 procent van de energie, en dagelijks gaat er ongeveer 1 procent van de energie verloren door verdamping of t.g.v. koeling. Het bouwen van zulke schepen lijkt weinig aantrekkelijk, mede door de mislukking van het demonstratieschip Suiso Frontier. Dit waterstof tankschip, dat tussen Australië en Japan voer, verbruikte meer energie dan het daadwerkelijk vervoerde. (Zie titelfoto)
Dus – voorgesteld als tijdelijke oplossing – lijkt waterstof gemaakt uit fossiele bronnen de enige optie. Shell, Gasunie en andere betrokken partijen zullen daar geen bezwaar tegen hebben, aangezien zij zo hun activiteiten in de winning en het transport van fossiele energie kunnen voortzetten. Maar zelfs met afvang van CO2 – om deze op te slaan in oude gasvelden – zal deze aanpak uiteindelijk leiden tot een grotere uitstoot van broeikasgassen. Want het lage rendement van de CO2-afvang en de extra lekkage van methaan geven zoveel extra isolerend gas dat het oorspronkelijke aardgas rechtstreeks gebruiken zelfs beter is. Nog afgezien van de enorme kosten.
Hoe is het mogelijk dat politici en de overheid tientallen miljarden euro’s beschikbaar stellen aan een onbewezen technologie als waterstof? Het lijkt erop dat “de fossiele industrie” hiermee hun achterhaalde ideeën gefinancierd krijgt, en dat nog wel met belastinggeld. Dit onderwerp vormt het thema van mijn volgende en laatste deel in deze serie.\
Lees hier Waterstof deel 4 van Henk Schreij
Wat ontluisterend. Ik wist niet dat vrijwel alle waterstof grijs was. Wat een domme ontwikkeling eigenlijk. Is het de moeite om te blijven investeren in waterstofverbranding? Zijn innovatieve ontwikkelingen realistisch?
Ja, onvoorstelbaar dat “groene” beeld dat mensen hebben van waterstof, nietwaar?
Even de cijfers van wat de bron bij de wereldwijde waterstofproductie is:
– aardgas – 47% (grijze waterstof genoemd)
– kolen of bruinkool – 27% (zwarte of bruine waterstof genoemd)
– elektrolyse – 4%. Het deel dat met groene stroom wordt gemaakt is 1% (deze 1% wordt groene waterstof genoemd)
Als je dit optelt 47+27+ 4 = 78. Waar komt de resterende 22% vandaan, is dan de vraag.
Het antwoord is dat die resterende 22% uit aardolieraffinage en andere industriële processen afkomt, als bijproduct. Deze waterstof wordt vaak direct in de processen direct weer gebruikt, en niet als waterstof voor andere toepassingen.
En je hebt helemaal gelijk, waterstof verbranding is meestal behoorlijk onzinnig. Heb ik ooit iets over geschreven bij de huizen in Lochem die hun verwarming op waterstof hebben laten ombouwen. Wil je dat lezen, zie dan:
https://hierinsalland.nl/henk-schreij-je-huis-op-waterstof-verwarmen-vergeet-het-maar/