Businesscase Verwarming

Bedoeld voor leden van de Tweede Kamer, Provinciale Staten en gemeenten

U bent bestuurder en moet in 2021 mede bepalen hoe de huizen in de wijken van alle gemeenten van het gas af gaan. Er zijn technisch veel mogelijkheden om dat te doen. Het zal u niet zijn ontgaan dat er een stevige lobby aan de gang is om voor waterstof te gaan.

Is kiezen voor waterstof een verstandig besluit en wat komt daar bij kijken? We behandelen achtereenvolgens de kleuren waterstof, de kosten, vervolgens het milieu en laten de conclusie graag aan u over.

Waterstof in de kleuren grijs, blauw en groen

Grijze waterstof wordt gemaakt uit aardgas, dit proces heet steam reforming. Bij de productie daarvan komt per kg waterstof 10 kg CO2 vrij. De industrie maakt per jaar al 800.000 ton waterstof en stoot daarbij jaarlijks 8 miljoen ton CO2 uit. Dit lijkt geen goede oplossing.

Blauwe waterstof wordt op dezelfde manier gemaakt en heet blauw als de vrijkomende CO2 onder de grond wordt gestopt. Blijft die CO2 eeuwenlang onder de grond? Ook dit lijkt geen goede mogelijkheid.

Dan blijft groene waterstof over. Deze waterstof wordt gemaakt door zeer zuiver water te splitsen in waterstof en zuurstof. Voor deze techniek is heel veel elektriciteit nodig. Willen we echt een schoon milieu dan lijkt groene waterstof de enig juiste keus. 

Groene waterstof door het gasnet

Met aanpassingen aan het gasnetwerk is waterstof in onze huizen te gebruiken voor verwarming en koken. Door belanghebbende bedrijven zijn de kosten daarvan begroot op 700 miljoen euro. Wij zetten eerder al vraagtekens bij die 700.000 miljoen. Inmiddels heeft Gasunie de prognoses al verhoogd naar 1,5 miljard euro. We moeten dan nog wel zelf een nieuwe waterstofketel en ook een nieuw kooktoestel kopen. De kosten daarvan zijn te overzien en zullen niet heel veel hoger zijn dan van een nieuwe gas CV en gas kooktoestel.

Hoe komen we aan die groene waterstof?

We kunnen de groene waterstof duurzaam maken met elektrolyse van water en windenergie of zonnestroom. Windenergie gaat 4,9 eurocent per kWh kosten. Dit is in elk geval de prijs die de overheid gaat betalen voor de energie van de nieuw te bouwen windparken waaronder IJmuiden Ver. De overheid subsidieert de windmolens niet, marktpartijen financieren de bouw en installatie van de windmolens. De overheid betaalt wel de verbinding naar de kust, de kosten daarvan bedragen rond 20% van de investering in de windturbines. In de toekomst zal de prijs per kWh nog verder dalen als de windmolens nog groter worden dan de komende 8 MW generatie.

Waterstof kan geproduceerd worden op zee op een bestaand boorplatform en door buizen naar de kust worden vervoerd.

Wat gaat het kosten?

Om 1 kg waterstof voor verwarming te maken is 53 kWh elektrische energie nodig. Er treedt een flink verlies op tijdens het elektrolyse proces, we rekenen met 25% verlies. In de kleine 1 MW electrolyser zoals de door de koning in juli 2019 geopende HyStock installatie is het rendement maar 50,5%.

De kleine installatie in Veendam is evenwel niet representatief voor de mogelijk toekomstige grote electrolysers. Deze electrolysers zullen een rendement van 70 tot 80% gaan bereiken.

Grote electrolysers zijn heel dure installaties. Per te verwerken kWh elektriciteit is 1000 euro benodigd. Een heel kleine electrolyser van 1 MW, kost enkele miljoenen euro’s. Het hart van de electrolysers, de stacks, gaan 7 jaar mee en de 1 MW versie produceert in die 7 jaar 1.022.000 kg waterstof. We gaan er even van uit dat de kleine HyStock installatie maar 1 miljoen euro kost, om een redelijke vergelijking te maken met toekomstige grote electrolysers van 100, 250 en zelfs 1000 MW.

De kosten voor alleen de energie om die ene kilo waterstof te maken bedragen 53 x 4,9 cent = € 2,60.

De prijs per geproduceerde kilo waterstof van alleen de investering is 1 euro. Tel daarbij exploitatiekosten, onderhoud, afschrijving en personeel op en dan zal die prijs op rond 2 euro per kg uitkomen.

Dit maakt dat 1 kg groene waterstof totaal minimaal € 4,60 euro kost. Ter vergelijking, een kilo waterstof uit aardgas kost af fabriek € 1,80. Diezelfde kilo grijze waterstof kost voor de consument aan de pomp € 8,00 euro excl. btw. Zou diezelfde verhouding op groene waterstof worden toegepast, dan kost een kilo groene waterstof 20,44 euro per kg excl. BTW.

We kijken nog even naar waterstof voor mobiliteit, dat vraagt door de compressie naar 700 bar 65 kWh elektriciteit per kg waterstof. De kale productie kost 65 x 4,9 cent = 3,19 euro. Tel daar de kosten van de fabriek bij op, 2 euro per kg, en je hebt een kale prijs af fabriek van 5,19 euro per kg waterstof. Als we dezelfde opslagen gebruiken die nu ook bij grijze waterstof gelden dan kost een kilo groene waterstof aan de pomp 23,10 euro excl. 21% BTW. Er zit dan ook nog geen accijns op.

In 1 kg waterstof zit 11 m3 waterstof op 1 bar druk. Waterstof heeft per m3 een derde van de energie inhoud van aardgas. De druk in de leidingen moet dus 3x zo hoog worden. Deskundigen roepen dat de druk niet verhoogd hoeft te worden. Hoe de benodigde hoeveelheid energie dan in huis moet komen wordt ons, desgevraagd, niet verteld.

 Om 1 m3 aardgas te vervangen door waterstof is er dus 3 m3 waterstof nodig. 

Een gemiddeld gezin gebruikt nu 1.500 m3 aardgas. Dat wordt straks 4.500 m3 waterstof. Dat is 409 kg waterstof voor 4,60 euro is totaal 1.811 euro. Let wel dit is de kale productieprijs excl. BTW, netbeheerkosten, energiebelasting enz.. 

Ter vergelijking, 1.500 m3 gas zonder heffingen kost 1500*0,308 = € 462,-. Aardgas met alle heffingen kost 72 cent per m3. Totaal dus € 1.080,-. De opslag op de kale prijs van aardgas is dus 133%.

Zouden we dezelfde toeslagen toepassen op waterstof dan wordt de kale productieprijs van 1811 euro maar liefst 4.220 euro voor de consument. Dit is natuurlijk een onrealistisch hoog bedrag.

Per saldo kost verwarmen met groene waterstof 4x zoveel als met aardgas.

Warmtepomp

We willen van het gas af. Een warmtepomp kan het huis goed verwarmen en zelfs koelen. Het huis moet dan redelijk tot goed geïsoleerd zijn.

Een warmtepomp haalt zijn warmte uit de grond of uit de lucht. Een warmtepomp maakt van één kilowatt elektrische energie drie tot zes kilowatt aan warmte. 1.500 m3 aardgas is het equivalent van 13.500 kWh elektriciteit.

Een recente lucht/water warmtepomp heeft een rendement heeft van 400% (SCOP 4.0). Het elektriciteitsverbruik is  3.375 kWh en kost verwarmen met de warmtepomp per jaar € 843,75 bij de huidige kWh prijs van 25 cent. Het kabinet heeft besloten dat gas steeds duurder en elektriciteit goedkoper wordt. Dat doet de overheid door de energiebelasting op elektriciteit in een aantal jaren te halveren. Tegelijkertijd wordt de energiebelasting op gas sterk verhoogd. De elektrische warmtepomp is nu al 22% voordeliger dan aardgas en wordt straks zelfs 40% voordeliger in gebruik dan aardgas.

Er wordt nogal eens verteld dat oude slecht geïsoleerde huizen niet met een warmtepomp kunnen worden verwarmd. De huidige warmtepompen werken met lage temperaturen, zeg tot rond 35 graden C. Er zijn talloze woningen uit de jaren 30 van de vorige eeuw die zonder vloerverwarming, met een warmtepomp prima verwarmd blijken te kunnen worden. Wel moeten de radiatoren worden vervangen door zogenaamde lage temperatuur radiatoren.

CO2 warmtepomp voor hoge temperatuur verwarming

Een CO2 warmtepomp kan met een rendement van 300 tot 500% ook op hoge temperaturen van 70 tot 90 graden verwarmen. Dan hoeven zelfs de radiatoren niet vervangen te worden en hoeft alleen de CV ketel eruit en de CO2 warmtepomp erin geplaatst te worden.

Naast de warmtepomp komt ook geothermie, rioolthermie, stadsverwarming met biomassa en WKO (warmte/koudeopslag) in beeld voor die toepassingen waar een warmtepomp minder goed toepasbaar is.

Een giftige cocktail tot slot:

Verdringing naar stroom uit kolen- en gascentrales

Vrijwel iedereen denkt dat groene waterstof de heilige graal in de energietransitie is. Er is dan ook veel enthousiasme voor. Maar is dat wel terecht? 

Voor groene waterstof is heel veel duurzame elektriciteit nodig van windmolens en zonnepanelen.

Als die energie via de electrolyser met tot 30% verlies in waterstof is omgezet, is die elektrische energie niet meer beschikbaar voor warmtepompen en het direct laden van accu’s in elektrische auto’s.

Die warmtepompen en elektrische auto’s moeten natuurlijk wel voorzien worden van stroom. En daar zit nou precies de pijn, de noodzakelijke opwekking van die energie wordt verdrongen naar … kolen- en gascentrales. Er is momenteel rond 20% duurzame energie beschikbaar. Elektriciteitsverbruik is altijd in balans. Duurzame energie heeft voorrang op het net, maar wordt altijd aangevuld door 80% fossiele opwekking met kolen en gas.

Vaak hoor je dat ‘overschotten aan duurzame energie’ tot waterstof kunnen worden verwerkt. Maar … er zijn helemaal geen ‘overschotten’, in vaktermen ‘curtailment’ genoemd. Het komt wel eens voor dat Tennet, onze nationale coördinator van het stroomnet, een inschattingsfout maakt over de hoeveelheid duurzame energie. Als er tijdelijk meer duurzame energie is dan verwacht, zet men soms een aantal windmolens even stil om geen overspanning op het net te krijgen. Dan zou je toch ook de kolen- of gascentrale minder kunnen laten produceren? Dat is moeilijk omdat kolencentrales minder goed regelbaar zijn. Het is ook een kwestie van geld. De overheid betaalt lagere stilstandvergoedingen aan eigenaren van windmolens dan aan eigenaren van fossiele centrales.

Deskundigen zoals Wim Turkenburg, emeritus hoogleraar ‘Science, Technology & Society’ aan de Universiteit Utrecht, schatten in dat er zelfs tot 2050, maar enkele honderden uren per jaar overtollige duurzame opwekking zal zijn. Veel en veel te weinig om kostbare electrolysers te laten draaien.

Het is bekend dat de Nederlandse stroommix, van kolencentrales, gascentrales en kerncentrales per geproduceerde kWh 556 gram CO2 uitstoot. Voor waterstof voor personenauto’s is door de hoge druk van 700 bar 65 kWh per kg waterstof benodigd. Waterstof voor verwarming hoeft voor het hoofdgasnet maar tot 65 bar te worden gecomprimeerd en vraagt rond 53 kWh per kg waterstof.

Stel dat de waterstof voor 50% voor mobiliteit en voor 50% voor verwarming wordt benut dan komen we op een gemiddelde van 59 kWh per geproduceerde kg groene waterstof.

59 x 556 gram = 32,8 kg CO2 uitstoot als verdringingseffect door 1 kg groene waterstof. Zou diezelfde kilo waterstof als grijze waterstof uit aardgas worden gemaakt dan is er per kg maar 10 kg CO2 uitstoot. Door de verdringing naar kolencentrales wordt de uitstoot dus per kg groene waterstof maar liefst 22,8 kg CO2 hoger dan bij de ogenschijnlijk vuilere grijze waterstof.

Voor alleen verwarming voor een gemiddeld gezin is er 409 kg waterstof per jaar nodig. Daarvoor wordt door verdringing 409 x 53 kWh = 21.677 kWh door de Nederlandse stroommix opgewekt. De uitstoot is daarvan is 12.052 kg CO2. Zou ons gemiddelde gezin aardgas blijven stoken dan zou er 1.500 m3 x 1,890 kg = 2.835 kilo CO2 worden uitgestoten.

Het stoken van waterstof zorgt dus door verdringing naar grijze stroom per gemiddeld Nederlands gezin voor 12.052 – 2.835 = 9.217 kilo meer CO2 uitstoot. 3,2x zoveel als bij stoken op aardgas.

Nog meer vergif

Waterstof verbrandt bij zeer veel hogere temperaturen dan aardgas. Bij die verbranding komt 7x meer stikstofgas (NOx) vrij dan bij de verbranding van aardgas.

Waterstof dan maar helemaal vergeten?

Nee, zeker niet. Waterstof kan, we spreken dan wel over 30 jaar na nu, en als alle fossiele centrales zijn gesloten, een rol spelen bij het overbruggen van winterse windstille perioden. 

Ook zou grijze waterstof een rol kunnen spelen bij het zwaar transport ter vervanging van dieselaandrijving.

Het momentum voor waterstof voor aandrijving van trucks verdwijnt evenwel langzamerhand. Hoewel Hyundai in Zwitserland in 2020 een flink aantal 32 tons waterstoftrucks gaat leveren, is het bereik daarvan beperkt tot 400 km. De vrachtauto’s zijn niet te koop, ze worden geleased. Ter vergelijking, de Tesla semi, de nog zwaardere 40-tons volledig elektrische truck, krijgt een bereik van 800 tot 900 km op één lading.

Elektrische trucks met een groot bereik zijn volop in ontwikkeling. Zelfs Nikola, het merk dat als eerste een zware truck op waterstof annonceerde, heeft de introductie uitgesteld tot 2023. Ze gaan eerst … elektrische trucks leveren. Het bereik van een Tesla Semi, een 40-tons truck, is ruim 800 km, meer dan een chauffeur op één dag ooit kan rijden. Het opladen van die Tesla semi, gaat met snelheden van 640 km in een half uur, dat is globaal gelijk aan de tijd dat een waterstof truck hetzelfde bereik aan waterstof kan tanken. Het tanken van 32 tot 38 kg waterstof op 350 bar druk kosten rond 12 minuten voor een bereik van 350 tot 400 km.

Op dit moment, augustus 2020, zijn er nauwelijks voldoende accu’s beschikbaar om zelfs maar alle bestelde elektrische personenauto’s van accu’s te voorzien. Het zal nog enkele jaren duren voor er voldoende accu’s voor vrachtauto’s en schepen kunnen worden geleverd. De Tesla semi gaat in 2021 in productie.

Samenvatting

Stoken op aardgas kunnen we niet volhouden. Het veelgeprezen waterstof verhoogt de kosten voor verwarmen zonder CO2 uitstoot met een factor vier. Waterstof maken kost veel duurzame energie en levert door verdringing naar fossiele opwekking indirect, maar onvermijdelijk, 4x meer CO2 uitstoot op in vergelijking met het ook niet schone stoken op aardgas.

Warmtepompen zijn nog prijzig maar in gebruik nu al 22% goedkoper dan aardgas dat straks veel duurder gaat worden.

CO2 warmtepompen kunnen met hoog rendement de gas CV één op één vervangen zonder noodzaak van vloerverwarming of andere radiatoren.

Slechts twee electrolysers van 100 en 250 MW verbruiken alle windenergie van de Noordzee. De noodzakelijke opwekking van deze energie zal volledig naar fossiele centrales worden verdrongen. Dat is een ramp die we niet mogen laten gebeuren.

De conclusie is, zoals altijd, aan U.

 

Wim Schermer

 

https://www.cobouw.nl/bouwbreed/nieuws/2020/08/opinie-waterstof-maakt-klimaatdoelen-in-2030-onbereikbaar-101287055