Onderzoek

De rol van waterstof in de elektriciteitssector

25 juni 2020 08:04

Waterstof wordt tegenwoordig vaak genoemd als duurzame oplossing voor veel problemen in de energietransitie. In plaats van fossiele brandstoffen zal waterstof gebruikt worden in auto’s, bij de verwarming van huizen en in de industrie. Ook in het elektriciteitssysteem kán waterstof belangrijk zijn. RaboResearch heeft onderzoek gedaan naar de rol van waterstof en of het wel zo veelbelovend is.

Meteen de diepte in? Lees de volledige studie

Elektriciteit wordt op dit moment vaak met behulp van fossiele brandstoffen opgewekt, wat veel broeikasgasuitstoot veroorzaakt, maar in 2030 zal 70 procent van de in Nederland geproduceerde elektriciteit hernieuwbaar (duurzaam) zijn en daarmee klimaatvriendelijk. Dat betekent dat een groot deel van de elektriciteit door windturbines of zonnepanelen opgewekt gaat worden. Het probleem hierbij is dat de zon niet altijd schijnt en de wind niet altijd waait, terwijl mensen wel willen koken, tv kijken of gewoon licht willen hebben en bedrijven elektriciteit nodig hebben voor hun productieprocessen.

Soms zal er ook elektriciteit geproduceerd worden door zon en wind terwijl het op dat moment helemaal niet nodig is. Elektriciteit kun je met batterijen opslaan, maar dat is op grote schaal heel duur. Een andere manier om elektriciteit op te slaan, is het maken van waterstof van de overtollige elektriciteit door een proces dat ‘elektrolyse’ heet. Deze waterstof kan bij elektriciteitstekorten (als de zon niet schijnt of de wind niet waait) weer in elektriciteit getransformeerd worden.

Wind en zon efficiënter

Hoe ziet het elektriciteitssysteem van de toekomst eruit, dat op hernieuwbare energiebronnen gebaseerd is en waar opslag van elektriciteit een belangrijke rol speelt om de leveringszekerheid te garanderen? Volgens ons onderzoek hebben we waterstof pas nodig in het geval dat bijna het hele elektriciteitssysteem hernieuwbaar wordt, dat is dus wanneer een emissiereductie van 99 procent plaatsvindt. Voor emissiereducties van 49 en 75 procent is nog geen opslag nodig. Het is op middellange termijn dus goedkoper en efficiënter om wind- en zonne-energie uit te breiden dan te investeren in waterstof.

“Investeren in hernieuwbare energiebronnen is goedkoper dan investeren in opslagtechnologieën”

Optimale energiemix

Met onderzoekers van de Universiteit van Luik hebben we een elektriciteitssysteem-model gebruikt om de toekomstige optimale energiemix in Nederland te bepalen. We zochten de combinatie van verschillende energiebronnen en opslagtechnologieën die een bepaalde emissiereductie bereiken. Figuur 1 laat de optimale energiemix zien die bij de doelstelling van 49, 75 en 99 procent uitstootreductie hoort. Met een gigawatt uur kun je zo’n 850.000 huizen een uur lang tegelijkertijd verlichten. Uit ons onderzoek wordt duidelijk dat bij een uitstootvermindering van 49 en 75 procent, een opschaling van vooral wind op zee mogelijk wordt. Het is het goedkoopst als het aantal zonnepaneel-installaties gelijk blijft aan de huidige hoeveelheid. Wind op land wordt in alle emissiereductiescenario’s maximaal benut. Dat is omdat je in Nederland meer uit wind haalt dan zon.

Opmerkelijk is dat waterstof en andere opslagtechnologieën in de 49 en 75 procent emissiereductiescenario’s geen rol spelen (zie figuur 1). Reden hiervoor is dat investeren in hernieuwbare energiebronnen goedkoper is dan investeren in dure opslagtechnologieën. Het is dus efficiënter om meer windturbines te bouwen dan om bijvoorbeeld een grote batterij te gebruiken. Het plaatje ziet er heel anders uit in het 99 procent-scenario: ten eerste moeten hernieuwbare energiebronnen fors uitgebouwd, vooral door wind op zee uit te breiden, maar ook door additionele zonnepanelen.

Figuur 1: Optimale energiemix (Nederland) bij diverse reductiescenario’s

Bron: RaboResearch en Universiteit van Luik, zie ook Berger, M. et al. (2020)

Genoeg hernieuwbare potentie

Een positieve uitkomst van het onderzoek is dat Nederland genoeg hernieuwbaar potentieel heeft om hernieuwbare energie te leveren en 99 procent minder uit te stoten. Opvallend is dat Nederland een emissiereductie in zijn elektriciteitssysteem van 49 en zelfs 75 procent kan bereiken zonder dat opslagtechnologieën zoals waterstof of batterijen nodig zijn. Deze worden pas nodig bij een bijna volledig emissievrij elektriciteitssysteem. Waterstof kent daarin veelbelovende toepassingen, maar onze resultaten laten zien dat de verduurzaming van de elektriciteitssector daar niet toe behoort. Doordat de kosten voor de elektriciteitssector op korte tot middellange termijn hoog zijn, zal de elektriciteitssector waarschijnlijk geen grote rol gaan spelen in de ontwikkeling van waterstof. Dit sluit andere toepassingen in sectoren zoals industrie, auto’s en vrachtwagens, en voor de verwarming van gebouwen in de nabije toekomst niet per se uit.