Businesscase Stad aan’t Haringvliet
Auteur: Wim Schermer
Augustus 2020
Is verwarmen van een heel dorp met waterstof een goed idee of een ‘mission impossible’?
We dragen de feiten aan en laten de conclusie aan u over.
De kleine plaats Stad aan ’t Haringvliet, 589 gezinnen, overweegt volledig op waterstof over te gaan voor verwarming en koken. Het argument van Stad aan het Haringvliet is dat matig tot slecht geïsoleerde huizen niet met een warmtepomp zouden kunnen worden verwarmd. Andere bronnen zoals stadsverwarming, geothermie e.d. zijn daar niet aanwezig. Zij maken er geen geheim van dat zij op zeker vijf miljoen, liefst nog veel meer, subsidie uit zijn.
Twee waterstof initiatieven
In Stad aan ’t Haringvliet spelen twee waterstof initiatieven.
1) Allereerst de overgang van het hele dorp op waterstof voor verwarming. Hiervoor wordt het bestaande gasnet gebruikt. We rekenen uit wat de gevolgen voor het milieu zijn. Ook gaan we na wat de meerkosten zijn en wie die uiteindelijk gaat betalen.
2) Onafhankelijk hiervan is op 11 september 2019 een eengezinswoning, het Innovathuis, in gebruik genomen die geheel op waterstof draait. Dat laatste blijkt niet juist, maar lees daarvoor de aparte businesscase.
In onderstaande sheet berekenen wij voor u alvast de gevolgen van de verschillende verwarmingsmethoden waar het energieverbruik en CO2 uitstoot betreft.
Grijze waterstof met SMR
Men wil aanvankelijk gebruik maken van grijze waterstof uit SMR, ook wel steam reforming uit aardgas genoemd. Dat kan ook niet anders omdat er geen groene waterstof, uit elektrolyse van water en stroom van zon en wind, beschikbaar is.
Tijdens het maken van waterstof door SMR gaat 28% van het aardgas verloren in het meer dan 1.000 graden C. hete productieproces. Kun je dan niet beter zelf aardgas blijven verstoken met je eigen HR CV ketel die 100% rendement haalt? Reken even mee. Om 2 m3 waterstof te maken heb je 1 m3 aardgas nodig. 1 kg waterstof is 11.000 liter bij 1 bar druk.
Er is, inclusief 28% verlies door de steam reforming 5,5 m3 aardgas nodig om 1 kg waterstof te maken.
Een gemiddelde Nederlandse woning verbruikt op jaarbasis 1.500 m3 gas. Matig geïsoleerde woningen verbruiken gemakkelijk 2.000 m3 gas, slecht geïsoleerde huizen kunnen zelfs meer dan 3.000 m3 gas per jaar verbruiken. We willen het niet overdrijven en gaan uit van 2.000 m3 gas voor een matig geïsoleerde woning. Dat wordt door de 3x lagere energiedichtheid van waterstof totaal 6.000 m3 waterstof. 6000 m3 waterstof is 545 kg waterstof.
Grijze waterstof kost nu 10 euro per kg incl. BTW. De kostprijs af fabriek is € 1,90 euro per kg excl. BTW maar daarmee is die waterstof nog niet in Stad aan ’t Haringvliet. Het zal moeten worden vervoerd, lokaal opgeslagen en gedistribueerd. En er komt een handelsmarge op.
De kosten voor verwarming bedragen per jaar 545 kg x 10 euro is € 5.450,-, per maand dus € 454,-. Dit bedrag is zonder energiebelasting en opslag duurzame energie. De huidige kosten met eigen gas CV zijn € 130,- per maand, waarvan meer dan de helft energiebelasting, opslag duurzame energie en BTW is. De kosten zullen dus toenemen met maar liefst € 324,- per maand. Wie die rekening gaat betalen zien we later.
Stikstof (NOx) uitstoot neemt toe met waterstof
De uitstoot van NOx, stikstofoxide, neemt door verbranding van waterstof en buitenlucht toe. Waterstof verbrandt bij een veel hogere temperatuur dan aardgas en dat levert meer uitstoot van stikstofoxide (NOx) op. Dit zou wel eens een hinderpaal kunnen worden omdat extra NOx uitstoot moet worden gecompenseerd.
CO2 uitstoot neemt toe met waterstof
5,5 m3 aardgas x 1,89 = 10,4 kg CO2 uitstoot voor het maken van 1 kg waterstof. Een gezin in Stad aan ’t Haringvliet dat nu op gas verwarmt, stoot nu 2.000 x 1,89 = 3.780 kg CO2 per jaar uit. Per saldo zal de overschakeling naar waterstof voor de 589 gezinnen in Stad met 28% toenemen door de verliezen in de SMR omzetting van aardgas naar waterstof. Per gezin zal er dus 4.838 kg CO2 worden uitgestoten als de waterstof door de buizen stroomt. 4.838 – 3.780 kg is 1.058 kg ofwel 28% meer CO2 uitstoot door waterstof. Voor het hele dorp dus 1.058 x 589 is 623.162 kg meer CO2 uitstoot per jaar. Tel uit je verlies.
Groene waterstof met elektrolyse?
Eigen windmolen
Uiteindelijk willen de bewoners een eigen windmolen gaan exploiteren, resp. bestaande windenergie gaan benutten om groene waterstof door elektrolyse mee te maken. Op basis van dit gewenste doel, groene waterstof, rekenen we de gevolgen door, zowel qua kosten, energieverbruik als CO2 uitstoot. Nou zult u zeggen met groene waterstof heb je toch geen CO2 uitstoot? Dan kent u het begrip ‘verdringing’ nog niet. Daar komen we straks op terug.
Om de hierboven berekende 545 kg waterstof met elektrolyse uit groene stroom te maken is 58 kWh per kg waterstof nodig. Dat kost 545 x 58 = 31.636 kWh elektriciteit. We gaan uit van een rendement bij de elektrolyse van 70%. Bij kleine elektrolyse systemen is het rendement maar nauwelijks 50%.
CO2 uitstoot door verdringing
Groene waterstof wordt gemaakt uit duurzaam opgewekte elektriciteit van windmolens en zonnepanelen. We hebben in Nederland nog maar 20% duurzame elektriciteit.
Door de verliezen die optreden om van elektriciteit waterstof te maken – 30% – en van waterstof terug naar elektriciteit – 50% – is er heel veel meer duurzame stroom nodig dan bij het direct gebruiken van diezelfde duurzame stroom in warmtepompen en voor het laden van accu’s van elektrische auto’s. De stroom die tijdens elektrolyse is verbruikt is niet meer beschikbaar voor andere gebruikers en moet natuurlijk wel opgewekt worden. En dat gebeurt in … kolen- of gascentrales. Dit heet verdringing en is het onvermijdelijke gevolg van het extreem hoge energieverbruik en daarbij optredende verliezen tijdens het maken en later verbruiken van waterstof.
Een voorbeeld is rijden op waterstof. Voor de energie die nodig is om één auto op waterstof te laten rijden, kunnen er ook vier direct op elektriciteit rijden.
Het eerder berekende verbruik van 31.636 kWh moet dus door fossiele centrales moet worden opgewekt.
Per opgewekte kWh levert de Nederlandse stroommix een uitstoot op van 556 gram CO2. De totale uitstoot van één woning, bedraagt door verdringing dan 31.636 x 0,556 kg is 17.589 kg CO2 per jaar. Zou er op gas gestookt blijven worden dan is de jaarlijkse uitstoot 2.000 m3 x 1,89 kg is 3.780 kg. De route via groene waterstof levert dus door verdringing naar fossiele opwekking 17.589 – 3.780 is 13.809 kg ofwel 365% meer CO2 uitstoot per woning per jaar op in vergelijking met stoken op gas. Voor alle 589 woningen is dat totaal 8.133.501 kilo extra CO2 uitstoot per jaar, elk jaar weer.
Veiligheid
Koken op 100% waterstof is uitgesloten. Waterstof is het meest explosieve gas dat er bestaat. Het heet niet voor niks knalgas. Koken zal altijd moeten gebeuren met een bijmenging van een ander gas. Het blijft hoe dan ook gevaarlijk.
Gelukkig is elektrisch koken op inductie 100% veilig en comfortabel.
Dat waterstof een gevaarlijk goedje is, is in juni 2019 bewezen in Noorwegen. Daar ontplofte een waterstof opslagtank. In Zuid-Korea ontplofte in mei 2019 een onderzoekstation voor waterstof. Het complete complex ter grootte van een half voetbalveld werd met de grond gelijk gemaakt. Twee doden en zes gewonden waren het trieste gevolg.
Bij goede veiligheidsmaatregelen is waterstof niet gevaarlijker dan aardgas. Het bereik waarbinnen het ontsteekt, 4 tot 75%, is alleen veel groter dan van bijv. benzine dat een explosiegrens van 6 tot 16% kent.
Toch een warmtepomp?
Als er 2.000 m3 gas nodig is, dan is dat het equivalent van 18.000 kWh elektriciteit. Een moderne lucht/water warmtepomp heeft een rendement van 350%, een COP van 3.5. Dat betekent dat de 18.000 kWh gedeeld mag worden door 3.5 en resteert er dus een werkelijk verbruik van 5.143 kWh.
Er hoeft dus maar 5.143 kWh van het net te worden afgenomen om de warmtepomp het hele jaar te laten draaien. Is er ruimte op het dak voor zonnepanelen dan levert eigen opwekking meteen minder verbruik op. Hebben bewoners geen mogelijkheid voor zonnepanelen op het eigen dak dan is oprichting van een coöperatie voor een postcoderoos regeling een uitstekend alternatief. Bij een postcoderoos regeling kunnen bewoners samen een groot aantal zonnepanelen op een boerendak leggen. Hiermee kunnen woningen, ook zonder eigen zonnepanelen 100% nul-op-de-meter worden.
De woning hoeft dan niet extra geïsoleerd te worden. Wel moeten de radiatoren vervangen worden door lage temperatuur radiatoren. Is er vloerverwarming dan hoeft er niets extra’s te gebeuren.
Uiteraard verdient betere isolatie zich heel snel terug. Dubbel glas, spouwmuurisolatie en vooral kierdichting leveren al snel een makkelijker verwarmbaar comfortabeler huis en een lagere energierekening op. Na goede isolatie kan een kleinere warmtepomp het huis makkelijker en vooral goedkoper warm krijgen en houden.
De industrie ontwikkelt op dit moment een kleine hybride warmtepomp van 3,5 kW. Deze kleine warmtepomp gaat in tandem werken met de bestaande gas CV. Tot 95% van de tijd zal de hybride warmtepomp actief zijn. Op echt koude dagen zal de gas CV bijspringen. Voordeel is dat verwarming en isolatie nog niet hoeven te worden aangepast.
CO2 warmtepomp, geschikt voor matig geïsoleerde woningen
In Japan is een warmtepomp ontwikkeld die werkt met CO2 als koudemiddel. Deze warmtepomp levert temperaturen van 70 tot 90 graden Celsius. Hierdoor kan deze warmtepomp, in Japan zijn er al een miljoen in bedrijf, één op één de gas CV vervangen zonder ook maar iets aan de radiatoren of isolatie te hoeven doen. Normale warmtepompen hebben een COP, zeg maar een rendement, van 350% voor een lucht/water warmtepomp tot 600% voor een grondwater warmtepomp. De Japanse Denso CO2 warmtepomp bereikt een rendement van 300 tot 500%. Dat is 4,3 tot 7,1 maal rendabeler dan via groene waterstof.
In de 30 jaar die ons nog resten tot 2050 wordt ieder huis wel een keer in meerdere of mindere mate gerenoveerd. Dat is het goede moment om de isolatie echt te verbeteren die niet makkelijk nu aan te brengen is. Is die betere isolatie aangebracht dan kan de gas CV de deur uit en kan de warmtepomp de verwarming en het maken van tapwater geheel overnemen.
We moeten ons realiseren dat 70% van de energietransitie moet komen uit minder verbruik van energie. De echte oplossingen zijn isoleren, slim ventileren en het juiste verwarmingssysteem inzetten. Dat samen resulteert in zeer veel lagere energiekosten en een veel lagere CO2 uitstoot.
Wie betaalt de rekening?
De overgang naar waterstof is prijzig. Een waterstofketel zal rond € 2.500,- gaan kosten. De vervanging van de gas CV voor de waterstofketel, aanschaf en plaatsen inductiekookplaat, aanpassing meterkast, 8 manuren van 50 euro is € 400,-. 589 x 2.900 is € 1.708.100. Dit is éénmalig. Ook zal op een aantal adressen de gasmeter moeten worden vervangen. We vergeten even de hoge kosten van de wijkinfrastructuur. De overheid loopt energiebelasting en opslag duurzame energie mis. Dat is 60% van de huidige gasrekening. Bij 2.000 m3 gas zijn de overheidsheffingen 41,8 eurocent per m3. Totaal € 836,- per bewoner per jaar. De overheid loopt dus 836 x 589 is € 492.404,- mis, ieder jaar weer.
De bewoners is beloofd dat zij deze rekening van de nieuwe apparatuur en de hogere exploitatiekosten, niet zelf gaan betalen. De belastingbetaler, u en ik, zullen die rekening gaan betalen. Ook de extra stikstof en CO2, in het geval van SMR 623.162 kg per jaar, in het geval van groene waterstof 8.133.501 kg, krijgen we allemaal op de koop toe.
Zouden de bewoners zelf echt willen overgaan op waterstof?
Dat is zeer de vraag. Waarom zou je als bewoner willen meewerken aan projecten die in alle gevallen meer milieu vervuiling opleveren. Er moeten flinke aanpassingen in huis gebeuren waarbij koken op inductie er maar één is. De bewoners schieten er ook financieel niks mee op, de kosten blijven gelijk. Zou de werkelijke reden niet zijn dat Stedin en GasUnie de bewoners van Stad aan ’t Haringvliet als proefkonijnen gebruiken om hun bestaande monopolies voort te zetten?
De inwoners van Stad aan ’t Haringvliet zal vast niet verteld zijn dat hun CO2 uitstoot enorm toeneemt. Een gemiddeld gezin in Nederland is volgens milieucentraal.nl verantwoordelijk voor rond 11.000 kg CO2 uitstoot per jaar. Als de plannen voor groene waterstof door gaan wordt de uitstoot van iedere inwoner van Stad 25.000 kg CO2, 14.000 kg extra CO2 uitstoot in vergelijking met het huidige gasverbruik van 2.000 m3. U kunt deze toename in onderstaande sheet nog eens bekijken.
Tot slot
Mocht u fouten of verkeerde aannames in onze berekeningen vermoeden, laat het ons weten. Wij hebben geen enkel belang bij wel of geen waterstof. Zo vinden wij grijze waterstof ter vervanging van dieselmotoren in grote vrachtwagens een prima optie. Wij willen uitsluitend dat duurzame energie optimaal wordt gebruikt om de CO2 uitstoot te verlagen en deze schaarse duurzame energie niet grotendeels wordt vernietigd door gebruik van waterstof.
Maar, zoals altijd, is de conclusie aan u.
Wim Schermer
Begaan met het milieu, rijdt elektrisch en woont, inclusief de elektrisch gereden kilometers, in een O-op-de-meter huis.
Met dank aan een grondwater warmtepomp, 8 zonnepanelen op de eigen carport en 37 zonnepanelen op een boerendak in een postcoderoos regeling.
https://www.stadaantharingvliet.nl/site/dorpsnieuws-nieuws-280/2362-stad-op-weg-naar waterstofgas
Feenstra: CO2 warmtepomp als ketelvervanger
https://d3nxhfluvg7nur.cloudfront.net/app/uploads/2019/09/Van-aardgas-naar-waterstof.pdf
https://www.co2emissiefactoren.nl/lijst-emissiefactoren/
https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_reforming
http://verhoeven272.nl/jan/energie/waterstof.html
