groene waterstofproductie vereist versnelde opschaling
De Nederlandse overheid en industrie willen vaart zetten achter het opzetten van de productie van groene waterstof voor de industrie en transportsector om de nationale CO2-uitstoot fors te kunnen verminderen. De bouw van grootschalige electrolysers oftewel waterelektrolysefabrieken staat echter nog in de kinderschoenen. Het zal nog een hele uitdaging zijn om de industriële productie van electrolysers op gang te brengen. Dat lukt alleen als de overheid daar stevig beleid voor gaat voeren, zegt professor Gert Jan Kramer, die onderzoek heeft gedaan naar hoe snel de waterstoftechnologie zich kan ontwikkelen en hoeveel dat gaat kosten.
"De Europese Unie wil in 2030 al 10 miljoen ton groene waterstof kunnen produceren, wat op grond van de historische opschalingssnelheid van energietechnologie pas in 2040 haalbaar zou zijn"
“Er bestaat geen twijfel over, dat elektrolysefabrieken een grote rol in ons energiesysteem gaan spelen. De technologie van electrolysers is nu zover ontwikkeld, dat we kunnen overgaan tot het opschalen ervan. Maar voordat de technologie volwassen is, moeten we door een lastige periode heen van bouwen, lessen trekken, opschalen en financiële risico’s nemen, zoals dat in het verleden ook met de windturbines is gegaan”, verklaart Kramer, hoogleraar geowetenschappen aan het Copernicus Instituut voor Duurzame Ontwikkeling in Utrecht met als vakgebied energie & bronnen en duurzame energievoorzieningssystemen.
In lijn met de klimaatdoelstellingen heeft de Nederlandse regering aangegeven dat er in 2025 een elektrolysecapaciteit beschikbaar moet zijn van 500 megawatt en in 2030 van 3 à 4 gigawatt. Of dat zal lukken is nog ongewis. Over de bouw van de eerste grootschalige elektrolysefabriek in Nederland, de Holland Hydrogen bij Rotterdam met een capaciteit van 200 MW, moet Shell dit jaar nog beslissen. Mocht dit doorgaan, dan zal deze fabriek in 2024 in bedrijf komen. Na twee tot vijf jaar zal het bedrijf wellicht de tijd rijp achten om te besluiten er één met een capaciteit van een gigawatt te bouwen, maar dan staat er dus nog geen drie gigawatt aan capaciteit.
Snelheid van opschalen
Kramer legt uit dat de stroomopwekkingscapaciteit bij de opkomst van nieuwe technologie van zonnepanelen tot en met kernenergie steeds met een factor 10 per tien jaar is toegenomen, wat neerkomt op een groei van 25 procent per jaar.
“Wat het bij de productie van waterstof ingewikkelder maakt, is dat er een overschot aan groene stroom beschikbaar moet zijn, maar dat aanbod wisselt met de tijd. Ook bestaat een electrolyser uit veel meer onderdelen, waardoor bij het perfectioneren van deze technologie veel meer partijen zijn betrokken. Dat maakt het veel uitdagender”, verklaart Kramer.
In 2020 werden er wereldwijd electrolysers gefabriceerd met een totale capaciteit van 200 megawatt. Uitgaande van een groei met een factor 10 per tien jaar zullen in 2030 nieuwe electrolysers met een totale capaciteit van 2 gigawatt beschikbaar komen en 2040 met een totale capaciteit van 20 gigawatt. Het geïnstalleerde vermogen zal dan in 2030 10 gigawatt zijn en in 2040 100 gigawatt.
Volgens het Internationaal Energieagentschap staan er in Europa electrolysers met een gezamenlijk geïnstalleerd vermogen van 1,3 gigawatt op de tekentafel, die mogelijk in 2025 operationeel zullen zijn. Met een groei van 25 procent per jaar kan dit oplopen tot 4 gigawatt in 2030. De Europese Unie wil echter in 2030 al in totaal 10 miljoen ton groene waterstof kunnen produceren, overeenkomend met 40 gigawatt geïnstalleerd vermogen, dat is dus tien keer zoveel.
“In Europa willen we dus over acht jaar op een punt zijn, waar je op grond van de historische opschalingssnelheid van energietechnologie pas in 2040 zou zijn. Het is best lastig je een scenario voor te stellen, waarbij die 40 gigawatt er in 2030 toch staat”, aldus Kramer.
Kosten van electrolysers halveren
Intussen heeft het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) gerekend aan de kosten van een electrolyser van 1 gigawatt in 2030 (zie NPT nr. 22-01, maart 2022). Op het ogenblik zou zo’n fabriek op basis van alkalinetechnologie 1,4 miljard euro kosten en op basis van PEM-technologie 1,8 miljard euro. Na het raadplegen van meer dan honderd experts uit binnen- en buitenland komt ISPT tot de conclusie dat de onderdelen van de fabriek in 2030 de helft goedkoper geleverd zouden kunnen worden. Een electrolyser op basis van alkalinetechnologie kost dan ongeveer 730 miljoen euro en een op basis van PEM-technologie 830 miljoen euro.
Kramer: “Dit is de beste schatting die we hebben. Maar niemand heeft in 2020 een electrolyser besteld en laten bouwen, dus het zijn onvermijdelijk enigszins hypothetische getallen. Bij zonnepanelen geldt dat als je er cumulatief twee keer zoveel van hebt gemaakt, ze 23 procent goedkoper zijn. De kostenreductie van electrolysers zal waarschijnlijk langzamer verlopen, omdat veel van de kosten zitten in betrekkelijk conventionele componenten in randapparatuur. Dat betekent dat de learning rate lager zal zijn dan bij zonnepanelen.”
Overheid moet financieel bijpassen
Een belangrijk gegeven bij de opkomst van een nieuwe technologie zijn de zogenoemde buydownkosten. Dat zijn de miljarden die de overheid moet bijpassen totdat de industrie met de nieuwe technologie op eigen benen kan staan en de productie en verkoop vanzelf loopt. “Dat punt zal pas worden bereikt als er wereldwijd meer dan 100 gigawatt aan cumulatieve capaciteit staat. De buydownkosten, die bedrijven niet uit de markt hebben kunnen terugverdienen, belopen dan meer dan 100 miljard euro, dat betekent 1 miljard euro subsidie per gigawatt. Dat bedrag is qua orde van grootte vergelijkbaar met wat de buydown de eerste twee decennia van de opkomst van zonnepanelen heeft gekost”, aldus Kramer.
“Er is een boel geld klaargezet voor groene waterstof, maar ik denk dat we nog een gezamenlijk verhaal moeten ontwikkelen over hoe al dat geld op een effectieve manier kan bijdragen aan de totstandkoming van een nieuwe mondiale industrie. Dat is niet per se een kwestie van zo snel, zoveel mogelijk en zo groot mogelijke projecten uitvoeren. Het zal een balanceer-act zijn om tot een pijplijn van projecten te komen die waarde hebben voor Nederland en Europa en daarmee draagvlak onder de bevolking zullen hebben”, aldus Kramer.
Hij verwacht dat de overheid voor electrolysers nog minstens tien jaar met individuele projectsubsidies over de brug zal moeten komen. “Bij elk project zal er waarschijnlijk opnieuw stevig onderhandeld moeten worden. Pas in de loop van de jaren dertig zal de overheid, denk ik, kunnen volstaan met generieke instrumenten om de groene waterstofproductie te stimuleren.”
"Om op een acceptabel kostenniveau van groene waterstof te komen, is het van belang dat de electrolyserkosten dalen tot onder de 1.000 euro per kilowatt"
Hoe subsidie zo effectief mogelijk besteden?
“Straks hebben we in Nederland één electrolyser staan met een heleboel overheidsgeld erbij, waarvan we kunnen leren. De vraag is dan of we van een tweede electrolyser van hetzelfde type nog meer kunnen leren. Het lijkt me beter om een tweede met een grotere capaciteit te bouwen, omdat we nu eenmaal moeten opschalen, maar wanneer kunnen we het beste met de bouw hiervan beginnen? Dit is de dynamiek waar we de komende tien jaar mee te maken krijgen. We zullen telkens veel moeite moeten doen om de financiering van een electrolyser rond te krijgen, die elke keer wat groter zal moeten zijn. Een gigawattproject realiseer je immers niet in één keer. Daarvoor heb je een aantal tussenstappen nodig.”
Kramer heeft op diverse manieren gerekend aan de prijzen van waterstof afkomstig van electrolysers gevoed met groene stroom. Hij schat in dat de inzet van electrolysers pas zin heeft vanaf het moment dat ongeveer twee derde van de stroomproductie groen is. Daarna zullen de electrolysers meteen cruciaal zijn voor de verdere uitbouw van zon en wind. Om op een acceptabel kostenniveau van groene waterstof te komen, is het volgens hem van belang dat de electrolyserkosten dalen tot onder de 1.000 euro per kilowatt, in lijn met wat het ISPT voorziet in haar “advanced design”.
Kramer wijst erop dat de prille ontwikkeling van zonnepanelen en windturbines in de jaren tachtig en negentig evenmin van een leien dakje ging. “Ook toen hobbelden we van project naar project. Nu zijn die technologieën volwassen en worden ze breed ingezet.”
Kramer constateert tot slot, dat er een grote bereidheid bij overheid en industrie is om de groene waterstofproductie van de grond te krijgen. “Iedereen hoopt verrast te worden en te merken dat we onder de druk van de klimaatuitdaging in staat zullen zijn nieuwe energietechnologieën op te schalen in een tempo dat we nooit eerder gezien hebben. Ik hoop dat we daarin slagen.”
Meer informatie:
Betr. het Holland Hydrogen-project:
Shell books electrolyser for Dutch green hydrogen - reNews - Renewable Energy News
Rapport van het International Energy Agency (IEA) over waterstof: Hydrogen – Analysis - IEA
