Waterstof lijkt het nieuwe toverwoord voor de energietransitie, als je afgaat op alle plannen die de laatste tijd naar buiten komen. Waterstof is schoon, want bij de verbranding komt geen CO2 vrij, is te transporteren via de (bestaande) gaspijpleidingen en kan gebruikt worden voor verwarming van gebouwen en industriële processen. Het lijkt ideaal maar er is meer aan de hand.

Waterstof is een eigenaardig goedje: het bestaat immers niet in pure vorm in de natuur en moet dus gemaakt worden. We noemen waterstof daarom ook wel een secundaire energiedrager, net als elektriciteit. De zogenaamde primaire energiedragers zijn aardgas, kolen en olie. Die bestaan al en moeten alleen gewonnen worden. En hier zit de moeilijkheid van waterstof. Hoewel het product op zich zelf ideaal lijkt om de energietransitie te realiseren, hebben we andere energiebronnen nodig om het te maken.

Blauwe waterstof

De waterstof van dit moment wordt gemaakt uit aardgas via een proces dat Steam Methane Reforming (SMR) heet. Hierbij wordt stoom door aardgas geblazen waardoor aardgasmoleculen (CH4) splitsen in waterstof (H2) en koolstofdioxide (CO2). Met deze techniek wordt nu in Nederland ca. 10 Mton CO2uitgestoten. Om deze waterstof toch klimaatneutraal te maken, moet de CO2 worden opgevangen en opgeslagen. We spreken dan van blauwe waterstof. De technieken hiervoor zijn aanwezig, net als de opslagmogelijkheden (zoals lege gasvelden) en de meerkosten zijn relatief laag, ca. 50 euro/ton CO2. Dit lijkt dan ook de snelste weg om via het gebruik van waterstof de CO2 emissies omlaag te krijgen.

Groene en oranje waterstof?

Een echt schone methode is het maken van waterstof door elektrolyse, op voorwaarde dat de stroom is opgewekt met hernieuwbare bronnen, zoals windmolens en zonnepanelen. Bij elektrolyse wordt stroom door water gestuurd en splitsen de watermoleculen (H2O) in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Het mag dus groene waterstof heten wanneer de stroom uit hernieuwbare bron afkomstig is. Sommigen zouden graag willen dat deze stroom in Nederland wordt opgewekt, zodat je zelfs oranje waterstof zou krijgen: groene waterstof met Hollandse stroom.

Het moge duidelijk zijn dat deze vorm van waterstofproductie een omvangrijke productie van hernieuwbare stroom vereist, en daarmee is het voorlopig nog niet goed gesteld, althans in Nederland. Er verschijnen de komende jaren meerdere grote windparken op de Noordzee; de ambitie van de rijksoverheid is om in 2030 in 11 GW en in 2050 zelfs ca. 70 GW aan geïnstalleerd windvermogen op de Noordzee te hebben. Ter vergelijking: op dit moment heeft Nederland op zee niet meer dan 1 GW aan windvermogen. Er is dus nog een enorme inspanning vereist om een behoorlijke omvangrijke waterstofproductie te realiseren, sowieso zal dit decennia duren.

Grote druk op groenestroomproductie

Afgezien van de tijd die er nog voor nodig is, is er nog een factor die maakt dat de toekomst van groene (en oranje) waterstof niet meteen als rooskleurig kan worden gezien. Niet alleen producenten van groene waterstof, maar ook vele andere partijen willen stroom uit hernieuwbare bronnen en zijn graag bereid daarvoor extra te betalen. De prijs voor groen-certificaten, de bewijzen dat stroom op hernieuwbare wijze is opgewekt, is de laatste tijd flink gestegen, en dit geldt met name voor groen-certificaten voor Hollandse stroom. Er is eigenlijk geen reden om te verwachten dat deze prijzen op termijn weer veel lager zal worden.

Daarnaast zal de vraag naar stroom de komende decennia flink toenemen, niet alleen door economische groei, maar ook door steeds meer elektrificatie: het vervoer wordt in toenemende mate elektrisch en huizen gaan warmtepompen gebruiken waarvoor stroom nodig is. Kortom, groene-waterstofproducenten concurreren met al deze andere gebruikers, wat een opdrijvend effect geeft op zowel de prijs van stroom als de prijs van groen-certificaten.

Waterstofproductie tijdens veel wind en zon?

Goedkope stroom is onmisbaar om waterstofproductie op basis van elektrolyse rendabel te krijgen. Vanuit een technisch perspectief zou je zeggen: maak groene waterstof wanneer er stroom over is (excess supply). Maar vanuit economisch perspectief is het idee van overtollige stroom vreemd: producenten zullen alleen stroom op de markt brengen wanneer de prijs die ze krijgen hoger is dan hun marginale (opwekkings)kosten. En zelfs als deze marginale kosten nul zouden zijn (onder het mom van: wind is gratis, en de molen staat er toch al), dan nóg zal een producent stoppen met produceren wanneer de marktprijs negatief wordt. Kortom, er zal nooit meer stroom zijn dan er gevraagd wordt op de markt. Althans, zolang de beslissingen van producenten van hernieuwbare energie niet verstoord worden door een subsidiesysteem, zoals in Duitsland lange tijd het geval was. Daar kregen producenten een vaste vergoeding (Feed-in-Tariff) ongeacht de marktprijs, zodat men zelfs stroom bleef produceren als de marktprijs negatief was Maar zo’n subsidiesysteem is heel duur en zal in de toekomst niet meer bestaan. Dat betekent dat er een ondergrens is aan de stroomprijs: de prijs zal niet negatief worden, want dan stoppen ook producenten van hernieuwbare stroom hun productie...

Groene stroom wordt niet snel goedkoop

Op de lange termijn is er nog een andere (hogere) ondergrens aan de stroomprijs. Om de aanzienlijke vaste kosten voor de investeerder van een windmolenproject te dekken moeten de stroomprijs en de prijs voor groen certificaten samen gemiddeld genomen “voldoende” hoog zijn. Dat wil zeggen dat er niet te veel uren met een lage prijs mogen zijn en wel een aantal uren met een hoge prijs. Op dit moment ligt de voor investeerders gewenste stroomprijs gemiddeld over een jaar op ca. 45 euro per MWh.

Hoge stroomprijzen kunnen bijvoorbeeld ontstaan wanneer de gasprijs heel hoog is, waardoor gascentrales die stroom produceren hoge kosten maken en zij de marktprijzen voor stroom bepalen. Hoge gasprijzen zijn echter niet zo waarschijnlijk: veel landen voeren klimaatbeleid om het fossiele energieverbruik omlaag te brengen en gasvoorraden zijn wereldwijd nog groot. Eerder zullen aardgasproducenten , zoals Rusland, hun gas tegen een lagere prijs op de markt gaan brengen. Om dan toch hele hoge elektriciteitsprijzen te kunnen krijgen in sommige uren, zou de prijs voor uitstoot van CO2 veel hoger moeten zijn dan nu. Want alleen daardoor zouden de kosten voor gascentrales flink omhoog gaan, en daarmee de stroomprijs.

Blauw

Kortom, het is niet te verwachten dat er in een nabije toekomst een situatie ontstaat waarin de stroomprijzen gedurende een groot aantal uren in een jaar laag genoeg zullen zijn voor elektrolysers om rendabel groene waterstof te kunnen produceren. Daar is namelijk te veel voor nodig: hoge prijzen voor aardgas en CO2 aan de ene kant, niet teveel concurrentie vanuit andere stroomgebruikers voor stroom en groen certificaten aan de andere kant plus een enorme uitbreiding van wind- en zonnestroomparken. Om de transitie naar klimaatneutrale waterstof snel te maken en op korte termijn emissiereductie te realiseren, lijkt inzetten op blauw daarom een verstandiger keuze.

Meer informatie
Contact: Machiel Mulder, hoogleraar Regulering van Energiemarkten, e-mail: machiel.mulder@rug.nl, tel.: 06-31035729

Download het onderzoek (in English) Outlook for a Dutch hydrogen market. Economic conditions and scenarios 

Interessant?
Wilt u meer weten, dan is het UGBS energietransitieprogramma, met kerndocent Machiel Mulder wellicht voor u!