De energiecentrale van de toekomst

De opwekking van energie uit zon en wind is sterk seizoensgebonden. Op sommige momenten is er sprake van een overschot, op andere momenten is er te weinig. Opslagmedia waarmee een overschot later kan worden gebruikt, moet uitkomst bieden. “Er zijn veel verschillende manieren om energie op te slaan”, zegt prof. dr. Fokko Mulder, hoogleraar Materials for Integrated Energy Systems bij ChemE aan de TU Delft. “Denk bijvoorbeeld aan batterijen, stuwmeren of opslag van waterstofgas in zoutkoepels. Als je kijkt naar manieren om op heel grote schaal en niet locatiegebonden energie op te slaan, dan blijven er maar enkele over. Een daarvan is bijzonder kansrijk: ammoniak. Hiermee kun je waterstof in vloeibare vorm binden en opslaan, zelfs op de schaal van onze strategische oliereserves en groter.”

Met wat kleine aanpassingen kun je gebruikmaken van de bestaande aardgasinfrastructuur en aardgas vervangen door waterstof.

Schone brandstof

Ammoniak bestaat uit stikstof en waterstof, twee elementen die goed verkrijgbaar zijn. Stikstof is uit de lucht te halen en waterstof is gemakkelijk te maken. “Heel simpel gezegd: alles wat je nodig hebt is water, stroom, en de juiste apparatuur”, zegt prof. dr. Ad van Wijk, hoogleraar Future Energy Systems bij TU Delft. “Waterstof kan worden opgeslagen door het met stikstof te combineren tot ammoniak. Kraak je de ammoniak, dan komt de waterstof weer vrij. Samen met stikstof, maar zonder CO₂. Verbrand je waterstof, dan krijg je alleen waterdamp. Waterstof is dus een schone brandstof.”

De basis voor groene chemie

Waterstof heeft nog meer voordelen. “Het is in vloeibare vorm, opgeslagen in ammoniak, heel gemakkelijk te transporteren, via leidingen, in schepen of in tankwagens”, aldus Van Wijk. “In Japan bijvoorbeeld wil men op grote schaal waterstof uit Australië gaan invoeren. In Nederland zou je met wat kleine aanpassingen gebruik kunnen maken van de bestaande aardgasinfrastructuur en aardgas vervangen door waterstof.” Ook is het niet alleen als brandstof te gebruiken. “Waterstof is net als aardgas een veelzijdige grondstof”, vertelt Mulder. “Waterstof kan als basis dienen voor veel chemische processen. Denk aan het maken van kunstmest, plastics en metalen uit erts.” “Met waterstof leg je de basis voor groene chemie,” zegt Van Wijk.

CO₂-vrije elektriciteit van de Magnum-centrale

Geen wonder dus dat er ook in Nederland met belangstelling naar waterstof wordt gekeken. Zo onderzoeken Nuon, Gasunie en het Noorse Statoil het ombouwen van een van de drie units van de Nuon Magnum-gascentrale in Eemshaven om op waterstof over te schakelen in plaats van aardgas. Dat zou vanaf 2023 mogelijk moeten zijn. De elektriciteit die in deze unit wordt opgewekt is dan CO₂-vrij: er komt bij verbranding van waterstof namelijk voornamelijk waterdamp vrij. De waterstof wordt voorlopig geleverd door Statoil, die aardgas gebruikt om het te maken. De CO₂ die daarbij vrijkomt, wordt ondergronds opgeslagen voor de Noorse kust. Daarmee wordt CO₂-uitstoot voorkomen.

De energiecentrale wordt een superbatterij

Vanaf 2030 zullen er waarschijnlijk voldoende overschotten van duurzame elektriciteit zijn. Die kunnen worden gebruikt om waterstof te produceren en op te slaan in vloeibare ammoniak voor later gebruik. Daar komt dan helemaal geen aardgas en CO₂ meer aan te pas. Hiermee wordt de energiecentrale tegelijkertijd een ‘superbatterij’: opgewekte energie kan langdurig worden opgeslagen en worden hergebruikt als brandstof voor de gascentrale. De onderzoeksgroep van Mulder is hierbij betrokken.

Nederland is klaar voor waterstof

De bouwstenen voor een duurzame energietoekomst beginnen vorm te krijgen. Volgens Van Wijk is het tijd voor actie. “De afgelopen drie à vier jaar zijn de ontwikkelingen rondom waterstof in een stroomversnelling geraakt. De prijs van duurzame energie, vooral uit wind op zee, is enorm gedaald, evenals de prijzen van elektrolysers, die elektriciteit omzetten in waterstof, en brandstofcellen, die het omgekeerde proces mogelijk maken. Nu is het moment voor Nederland om hierop in te spelen en een voortrekkersrol te nemen. Het bedrijfsleven ziet volop kansen en met ons aardgasverleden hebben we in het noorden van Nederland een geweldige infrastructuur voor handen. Onbekendheid binnen de politiek en de samenleving zijn nog wel een uitdaging.”

Zo werkt de opslag van duurzame energie

Extra voordeel: milieuwinst

Ook Mulder denkt – naast de verdere ontwikkeling van grootschalig inzetbare technologie en infrastructuur – de grootste belemmeringen in de mindset liggen: “Er wordt vaak gedacht dat de overgang naar duurzame energie met waterstof en ammoniak heel duur zal zijn. Maar dat kan, gezien de dalende prijzen voor duurzame elektriciteit en het hogere rendement dat kan worden behaald bij toepassingen als transport en verwarming, erg meevallen. Tegenover de kosten voor duurzame elektrische infrastructuur en bijbehorende opslag staan dan energiebesparingen dankzij die elektrificatie, het ontbreken van jaar in jaar uit doortellende fossiele brandstofkosten en – heel belangrijk – milieuwinst. Er moeten ketens met elkaar vervlochten worden: de energievoorziening, de chemische industrie en de transportsector. Als dat gebeurt, zie ik geen enkele reden waarom het niet mogelijk is.”