Nieuwe Waterstof Infrastructuur Pitch VEMW congres De toekomst van de energie infrastructuur Bert den Ouden, Berenschot 29 Maart 2018 b.denouden@berenschot.nl
Industriële transitiepaden en infrastructuur Doel Transitiepad Variant Infra Vergassing / vergisting Groen gas Biomassa Biostoom Duurzame warmte Geo- thermie Warmte Power2Heat reductie Duurzame stroom Proces Elektrificatie Verzwaring E- netten Power2Gas Waterstof Pre combustion CCS Post combustion 2
Waarom Waterstof Veel meer productie van zonne- en windenergie, steeds grote variaties - Korte-termijn fluctuaties (uurbasis): nog wel met batterijen af te dekken - Middellang (weekbasis): niet als we ook de warmtevraag willen dekken - Langer (seizoenen): grote variaties in warmtevraag, met pieken - Ook steeds meer variaties aan de vraagzijde (elektrificatie) Uitdaging om varierend aanbod en vraag in evenwicht te houden. Nodig: - opslag of back-up - vrij Batterijen goede oplossing voor korte fluctuaties, niet voor langer - Opslag dagen, weken of seizoen: daarvoor hadden fossiele voorraden. - Enige vrije energiedrager die goed op te slaan is, is waterstof 3
Energievraag Issue: -vrije voorzieningszekerheid op momenten zonder duurzame productie Overschotten duurzaam Tekorten duurzaam Vraagpatroon Duurzame productie -vrije voorraad: Waterstof Tijd (verschillende termijnen) 4
Waterstof als de nieuwe back-up Droom van waterstof als de nieuwe klimaatneutrale energiedrager Recente successen in wind energie geven aanleiding tot vermoeden goedkope waterstof uit overschotten wind Echter: Tijdstermijn lang ( > 2035) voordat voldoende overschotten ontstaan Economie nog onzeker (prijs waterstof thans 6 euro/kg 3 euro/kg? ) Is er een snellere weg naar waterstof? Ja, dat kan: Blauwe waterstof = Waterstof uit aardgas,-vrij Source: Exploration -neutral gas supply, Berenschot: April 2016 5
Voorlopig geen overschotten windstroom Er zijn toch negatieve prijzen? Slechts een paar uren / jaar Elektrificatie zal veel gaan absorberen Power to Heat In de industrie, zie rapport VEMW..en in de tuinbouw (Hybride) Warmtepompen woningen (breed Manifest 28-3) Elektrische auto s Duurzame productie: lage bedrijfstijd. Wind totaal ca. 3500-4500 uur/jaar. Overschotten ca.1000 uur? Rechtvaardigt niet de kapitaalsintsieve investeringen in elektrolyse Volume 6
Waterstof uit gas als brugtechnologie naar een schone waterstofeconomie - snel waterstofinfrastructuur, -vrij, op basis van blauwe waterstof - ingroei groene waterstof (wind+elektrolyse) op dezelfde infrastructuur Groeipad voor duurzame waterstof (schematisch) Groene -vrije waterstof uit elektrolyse met CO 2 uitstoot Blauwe -vrije waterstof uit gas 2020 2030 2040 2050 Blauwe en Groene Waterstof zijn niet elkaars concurrenten: vraag naar - vrije waterstof zal zeer sterk stijgen; er is ruimte voor beide Bron: Eindrapport -vrije waterstofproductie uit gas. Berenschot en TNO, 29 november 2017 7
Omzetting aardgas (CH4) in H2 en ( offshore opslag) 1. Steam Methane Reforming (SMR): huidige H2 productie 7 miljard m3/jaar emissie (~ 7 miljoen ton) deels goed af te vangen, deels niet H2 -vrije Waterstof, distribueren CH 4 H 2 O CH 4 SMR 2/3e Procesemissie: geconcentreerd Goed af te vangen 1/3e Ondervuringsemissie: sterk verdund Amines, lage druk (post-combustion CCS) 2. Auto Thermal Reforming(ATR): alle af te vangen, hogedruk nieuwe optie CH 4 H 2 O ATR 100% H2 -vrije Waterstof, distribueren O 2 Louter procesemissies Geconcentreerd, hoge druk Goed afvangen / transport /opslaan Bekende technieken, leveren meer H2 dan in aardgas zit (ca. 1,5 x): 6 H : 1 8
Centrale omzetting, geen infrastructuur op land nodig Post-combustion CCS bij elke industrie afzonderlijk: vereist CO 2 transport op land Blauwe waterstof (Pre-combustion CCS) op centrale lokaties: CO 2 transport direct naar zee H2 net (schematisch voorbeeld) H2 H2 H2 Bron: Eindrapport -vrije waterstofproductie uit gas. Berenschot en TNO, 29 november 2017 9
Waterstoftransport: ombouw bestaande gasinfrastructuur Huidige waterstofleidingen Bestaande aardgas transport leidingen ombouwen op waterstof. 2 manieren: - Verbetering afdichtingen - Pipe in pipe Hoofdtransportnet gas kan (deels) omgebouwd op waterstof voor (blauwe en groene!) waterstof. Kosten (pipe in pipe) zijn <10% van een nieuwe leiding*. Kosten voor aanpassing afdichtingen nog lager. Grote infrastructurele en planologische voordelen Sluit ook aan op opslag Gastransportleidingen in Nederland Bronnen: The Northern Netherlands Innovation Board (2016), GTS (2017) Bron: Eindrapport -vrije waterstofproductie uit gas. Berenschot en TNO, 29 november 2017 10
Zowel groene als blauwe waterstof hebben opslag nodig Aanbod Blauwe waterstof: volcontinue productie Vraag Industrie: volcontinu of variërend Centrales: variërend Overige (vervoer): variërend 1 Line packing : korte fluctuaties, beperkt volume Aanbod Duurzame waterstof: sterk variërende productie 1 2 3 2 Zoutcavernes: direct geschikt 3 Oude gasvelden geschikt te maken Waterstof: Niet goed vloeibaar op te slaan! (Geen LHG ) Hogedruk opslag mogelijk CHG, kleine volumes (vervoer) Substantiële opslag in cavernes / gasvelden: Verschilt weinig van huidige gasopslag mits in geschikte velden 11
Blauwe waterstof financieel gunstiger dan veel alternatieven Vermijdingskosten [ /ton CO 2 ] 0 100 200 300 400 500 Blauwe Waterstof uit gas Toepassing als grondstof Blauwe -vrije Waterstof, demofase Blauwe -vrije waterstof, grootschalig Post combustion CCS (Deellast centrales*) Post combustion CCS industrie (Basislast + omstandigheden**) Waterstof uit wind+ elektrolyse Biobrandstoffen Groen gas Biobrandstoffen Monomestvergisting kansrijk!!! 5-7 mln ton Omstandigheden Flexibel inzetbaar! Post-combustion CCS: Inflexibel of wordt veel duurder bij deellast reductie gebouwde omgeving (PBL) Isolatie Elektrische warmtepompen * Berekend met draaitijd van 1500 uur per jaar ** Prijs kan stijgen door omstandigheden: deellast, omvang, financiering Eigen berekeningen TNO en Berenschot, EIA, SBC (2014), PBL (2017) 12
Blauwe waterstof: fundamentele stap naar duurzaam energiesysteem Blauwe waterstof werkt goed voor een flexibel energiesysteem Sterke groei wind- en zonne-energie + elektrificatie van de vraag brengt veel onbalans. Blauwe waterstof: flexibele back-up voor dalen in duurzaam en pieken in elektrificatie Alternatief (post-combustion CCS bij de schoorsteen) is juist inflexibel Blauwe waterstof : betere businesscase in veel gevallen, snel toepasbaar Goedkoper dan veel andere opties Direct toepasbaar, snelle -reductie Investeringen in het energiesysteem, niet noodzakelijkerwijs in de industrie Blauwe waterstof als wegbereider voor Groene waterstof Blauwe waterstof zeer snel toepasbaar, snelle reductie (Carbon budget) Waterstofinfrastructuur komt snel tot stand op basis huidige gasinfrastructuur. Later Groene waterstof (uit wind + elektrolyse) hierop invoeden met groeicurve. 13
Carbon budget effect, waterstof als energiedrager Alleen groene waterstof: -reductie komt erg laat Met kickstart blauwe waterstof: -reductie snel en cumulatief veel groter (carbon budget effect) Cumulatieve reductie 2020 2030 2040 2050 14
Toepassingen Huidige markten: al behoorlijk groot! 1. Ammonia/kunstmest industrie, raffinaderijen: produceren nu al waterstof - SMR te retrofitten voor -afvang; - nieuwe installaties op ATR+afvang. 2. Andere industrie die waterstof gebruikt (bijv. hoge temperaturen) Nieuwe markten: vervang aardgas door blauwe -vrije waterstof 4. Waterstof centrales 5. Industrie: warmteprocessen op blauwe waterstof: - meerkosten kleiner dan veel andere opties, - energiesector investeert mee - geen lokale CCS of -transport nodig 6. Waterstof voor vervoer (wegtransport): vereist zeer zuivere waterstof 7. Gebouwde omgeving: individueel in de woning of in lokale wijkcentrales. Lijkt op het oude stadsgas (dat was deels waterstof). Mogelijk groot fiscaal voordeel. Doe mee in projecten! 15
Blauwe/Groene waterstof: Mooie en realistische route voor een zekere en betaalbare -neutraliteit Bert den Ouden b.denouden@berenschot.nl Zie ook: Eindrapport -vrije waterstofproductie uit gas. Berenschot en TNO, 29 november 2017 https://www.berenschot.nl/actueel/2017/november/co2- vrije-blauwe-waterstof/ 6 Bron: Eindrapport -vrije waterstofproductie uit gas. Berenschot en TNO, 29 november 2017