De rol van waterstof binnen de duurzame energietransitie

L EC TO R A AT | D UUR Z A M E E N E R G I E
‘De rol van waterstof binnen de
duurzame energietransitie’
Installatierede Dr. Mascha Smit 11 mei 2017
ONDERZOEK
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
‘De rol van waterstof binnen de
duurzame energietransitie’
Installatierede Dr. Mascha Smit 11 mei 2017
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
COLOFON
Hogeschool van Arnhem en Nijmegen
Faculteit Techniek
Lectoraat Duurzame Energie
Ruitenberglaan 26
6826 CC Arnhem
Dr. Mascha Smit
E: [email protected]
I: www.han.nl/lectoraten
ISBN 978-90-825205-5-2
Realisatie: HAN Marketing, Communicatie en Voorlichting
Vormgeving: GPC HAN
Afbeelding omslag:
copyright Hans H. Smit
HAN University of Applied Sciences Press
Arnhem, The Netherlands
2017
© Alles uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door
middel van druk, fotografie, microfilm, geluidsband of op welke andere wijze dan
ook, zonder voorafgaande toestemming van de auteur en uitgever, mits er zorgvuldig
verwezen wordt naar de auteur en de uitgever.
2
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
INHOUDSOPGAVE
1 Inleiding - De Energietransitie5
2 Korte energiegeschiedenis7
Oudste gebruik van energie
7
Start van het fossiele tijdperk
8
Olie en gas
9
Zonne-energie10
Windenergie10
Kernenergie12
Huidige status duurzame energie
13
15
15
3Waterstoftechnologie
Waterstof als groene energiedrager
4 Geschiedenis van de waterstoftechnologie
17
Ontdekking17
De brandstofcel
18
Recente ontwikkelingen
19
Waterstof nu
21
23
23
24
25
5 De rol van waterstof in de energietransitie
Waar gaat het heen?
Opslag in waterstof
Logische overstap
6 Kansen voor toegepast onderzoek27
Wereldwijd toegepast onderzoek naar waterstoftechnologie
27
Onderzoek bij het Lectoraat Duurzame Energie
28
7Eindwoord33
8Bronnen35
3
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
4
1
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
INLEIDING – DE ENERGIETRANSITIE
De energietransitie is begonnen. Dit is nog niet voor iedereen zichtbaar, maar de direct betrokkenen,
oliemaatschappijen, netbeheerders, verkopers van duurzame energiesystemen, zelfs de overheid, weten het
allemaal. Voor sommigen gaat het niet snel genoeg, voor anderen juist te snel, maar het kantelpunt nadert.
Oliemaatschappijen stappen af van nieuwe investeringen in olie vanwege de hoge financiële risico’s en
kans op rechtszaken. Plannen voor grootschalige offshore windparken en zonneparken op land worden
werkelijkheid en zijn nu al concurrerend met fossiele energie.
In 2013 is in Nederland het breed gedragen Energieakkoord gesloten. In dit akkoord, ondertekend
door overheid, bedrijven, NGO’s, vakbonden en financiële instellingen, worden heldere doelstellingen
uitgezet voor de implementatie van duurzame energie: een jaarlijkse energiebesparing van 1,5%; 14%
hernieuwbare energieopwekking in 2020. De overheid neemt hierbij geen sturende rol, maar probeert de
randvoorwaarden te scheppen die het mogelijk maken om vanuit een marktwerking de implementatie
van schone energiesystemen te bevorderen. Het meeste recente groot gedragen internationale akkoord
is Parijs 2015 (COP21-Conference of Parties), nu geratificeerd door 195 landen en op 4 november 2016
in werking getreden. Doel is om de gemiddelde, wereldwijde temperatuurstijging te beperken tot 2°C
vergeleken met het niveau van vóór de opkomst van de industrie. Aangezien de gemiddelde temperatuur
nu al met al 0,8°C is gestegen, betekent dit dat de temperatuur nog maximaal 1,2°C mag stijgen. De EU
heeft verschillende doelen gesteld om dit te bereiken. Tot aan 2050 zal de CO2 uitstoot geleidelijk moeten
verminderen tot 80-95 procent van die in 1990, onder andere door middel van het emissiehandelssysteem,
en het gebruik van energie uit duurzame bronnen zal sterk moeten stijgen. Tijdens de klimaatconferentie
in Marrakesh (COP22, november 2016) is afgesproken dat de doelstellingen uit het Parijs-akkoord binnen
twee jaar moeten zijn uitgewerkt in concrete plannen.
De afspraken om klimaatverandering tegen te gaan hebben een directe link met ons energiesysteem. De
klimaatverandering wordt grotendeels veroorzaakt door de uitstoot van broeikasgassen, waarvan CO2 en
methaan de belangrijkste zijn (90 en 9% resp.). Gezien de internationale afspraken sinds het United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC, Rio de Janeiro, 1992) en het Kyoto Protocol
(1997) hebben een aantal landen strikte afspraken gemaakt om een reductie van CO2 emissies na te streven.
De landen die ondertekenden, de zogenaamde ‘Annex I’ landen, hebben gezamenlijk daadwerkelijk al
een reductie in emissies gerealiseerd. De niet-Annex I landen laten daarentegen nog een sterke stijging in
CO2-emissies zien, die de reductie van de Annex I landen in grote mate overtreft. China is de belangrijkste
van deze stijgers, met een toename van 28%. Voor de EU-28 landen was de CO2 emissiereductie in 2014
22,9% ten opzichte van 1990, (absolute afname van 1,136 miljoen ton CO2-eq), waarmee we op schema
5
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
zitten om de doelstellingen van 20% reductie in 2020 en 40% in 2030 ruimschoots te halen.
Wereldwijd wordt 68% van die emissies volgens de Internationale Energy Agency (IEA) veroorzaakt door
energieopwekking en verbruik. Landbouw staat op de tweede plaats met 11% en industriële processen
veroorzaken ‘slechts’ 7% van de emissies. Van de totale wereldwijde CO2 emissies door verbranding van
fossiele brandstoffen was 42% voor elektriciteit en warmteopwekking, 23% voor transport, 19% voor industrie en 6% residentieel. In de laatste 43 jaar (van 1971 tot 2014) is het aandeel fossiele energie wereldwijd
afgenomen van 86 naar 82% en niet-fossiel, waaronder ook kernenergie, steeg van 14 naar 18%. Echter,
aangezien de totale energievraag zo’n twee en een half keer zo groot werd in die periode, nam het totale
fossiele verbruik ook met een factor tweeënhalf toe.
Zoals eerder genoemd, de concrete doelstelling op korte termijn voor Nederland is 14% duurzame energie
in 2020. In 2014 bestond in Nederland slechts 5,5% van de totale energie uit duurzame energie, daarmee
waren we het twee-na-slechts presterende land van de EU-28, slechts gevolgd door Malta en Luxemburg.
Voor Nederland was de gemiddelde jaarlijkse toename in duurzame energie 8,5% in de periode 20052013; deze moet naar 18% voor de komende jaren om de doelstelling voor 2020 te halen. Ter vergelijking:
Zweden stond bovenaan de lijst met 53% duurzame energie, waarmee ze de 2020 doelstelling van 49%
al gehaald hebben. We hebben dus nog wat stappen te nemen.
6
2
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
KORTE ENERGIEGESCHIEDENIS
Oudste gebruik van energie
De geschiedenis van de duurzame energie begint veel eerder dan de meesten van ons denken. In de prehistorie, rond 770,000 BC leert de homo erectus vuur te maken en gebruiken, waarmee de bio-energie zijn
intrede doet. Zo’n 3000 BC begint de mens dieren te gebruiken voor transport, in het Midden-Oosten
werden toen voor het eerst ezels gebruikt, feitelijk een indirecte vorm van bio-energie. Rond die tijd werd
ook voor het eerst de zon bewust ingezet voor de zoutproductie en voor het drogen van gewassen, door
onder andere de Chinezen, Egyptenaren, Grieken en later de Romeinen. Windenergie werd rond 1200
BC voor het eerst aantoonbaar gebruikt in Polynesië bij de eerste zeilboten. Ook de Grieken hadden al
windmachines: Heron van Alexandrië, ca. 10-70 AD, beschreef niet alleen als eerste een stoommachine
(100 jaar eerder al genoemd door Vitruvius), maar ontwikkelde ook een orgel op windenergie. De oudst
bekende windmolen stamt uit Perzië uit de periode 500-900 AD en bestond uit een verticale as met 4
tot 8 zeilen gemaakt van stro of hout; deze werd gebruikt voor het malen van graan of (op)pompen van
water. En ook waterkracht in de vorm van schoepenraderen werd al vanaf 1200 BC in Mesopotamië en
later door de Grieken en Romeinen gebruikt om water op te pompen bijv. in mijnen en voor bewatering
in de landbouw. Vanaf 100 AD wordt waterkracht in Europa toegepast door houten waterraderen in
waterstromen te plaatsen voor eerst breekmolens (malen van granen e.d.) en later oliemolens, volmolens,
zaagmolens, hamersmidsen en slijpmolens.
Duizend jaar oude windmolens in Nashtifan, Iran
7
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Start van het fossiele tijdperk
Ook het gebruik van fossiele energie is oud, maar was tot een paar honderd jaar geleden beperkt tot
kleinere specifieke toepassingen. In Chinese nederzettingen werd rond 1500 BC al steenkool gebruikt als
brandstof. Rond het jaar 0 gebruikten ze petroleum om lampenolie van te maken. En rond het jaar 1000
maakten en gebruikten de Chinezen voor het eerst cokes, een steenkool die door een warmtebehandeling
gezuiverd is, voor koken en verwarmen.
In Europa werd steenkool voor het eerst gebruikt vanaf 100 AD, door de Romeinen in Groot-Brittannië.
Ook in Engeland wordt pas eind 16e eeuw begonnen met het ontwikkelen van een proces om cokes te
maken. In 1589 krijgen de Britten Thomas Proctor en William Peterson een patent voor het maken van
staal en ijzer en het smelten van lood waarbij ze steenkool eerst ‘koken’. Meerdere patenten volgen in de
jaren daarop. In 1603 stelde de Brit Hugh Plat voor dat steenkool behandeld kan worden op een soortgelijke wijze als houtskool uit hout verkregen wordt. Houtskool was namelijk door ontbossing al schaars
geworden en een alternatieve brandstof was nodig. Dit proces werd verder uitgewerkt en zo werd de cokes
ontwikkeld die inderdaad tot een verbeterd verbrandingsproces leidde. De eerste toepassing is echter
pas na 40 jaar doorontwikkeling van dit proces, namelijk in 1642 bij een brouwerij in Derbyshire voor
het roosteren van mout. Gewone steenkool kon hier niet gebruikt worden vanwege de zwavelhoudende
gassen die vrijkwamen en de smaak verpestten en de gezuiverde cokes vormde een oplossing. Vanaf dat
moment is er een gestage toename in het gebruik van steenkool en cokes. Vanaf 1750 doet intensieve
kolenmijnbouw in Noord-Amerika zijn intrede, mede door de uitvinding van verbeterde waterpompen
waarmee water uit mijnen kon worden gepompt, en wordt steenkool gemeengoed.
Dit proces overlapt in tijd met de ontwikkeling van de moderne stoomturbine die vanaf eind 18e eeuw
plaatsvond. In de 19e eeuw leidt de ruime beschikbaarheid van zowel steenkool als stoommachines tot
een sterke toename in het gebruik van fossiele brandstoffen, waarmee het fossiele tijdperk zijn intrede
doet.
Illustratie cokes productie (1879)
8
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
Olie en gas
In 1820 wordt de eerste aardgasbron aangeboord in Fredonia NY (VS) door een zekere William Hart.
Hij had jongeren gezien die spelenderwijs opborrelend gas uit een kreek in vuur staken, en besloot
te proberen dit gas op te vangen. Hij boorde een gat in de wastobbe van zijn vrouw, stak de loop van
zijn geweer er in, plaatste dit op de kop over de gasbellen, en stak het aan. Hierop besloot hij verder te
graven, het gas op te slaan en te verhandelen aan een molen en 4 andere gebouwen en werd zo de eerste
aardgasleverancier ter wereld.
Een aantal jaar later is ook de aanzet tot het grootschalig gebruik van petroleum. Alhoewel petroleum al
langer bekend was, was er tot halverwege de 19e eeuw geen directe markt voor. Dit verandert als Samuel
Martin Kier een alternatief vindt voor de traditionele walvisolie die als lampenolie gebruikt werd: hij
ontwikkelde een manier om ruwe olie te verfijnen tot lampenolie. Hij bracht deze olie, met een speciaal
ontwikkelde lamp, in 1851 op de markt in Pittsburgh. Hij wordt dan ook beschouwd als de stichter van
de Amerikaanse olie-industrie. Petroleum was echter slechts sporadisch beschikbaar. In 1859 gaat kolonel
Edwin Drake op zoek naar petroleum als bron voor de lampenolie. Drake gebruikte een stoommachine
om bij Titusville, Pennsylvania, naar olie te boren en was zo de eerste Amerikaan die aardolie aanboorde.
Hij was niet de eerste die probeerde olie te winnen, maar wel de eerste die dit succesvol deed door metalen
pijpen in de grond te plaatsen en zo een stabiele en diepe schacht te creëren, een principe wat nog steeds
gebruikt wordt. Zijn succes leidt het begin van het olietijdperk in, de zoektocht naar olievelden wordt
wereldwijd ingezet. Het grootste olieveld ter wereld genaamd ‘Ghawar’ werd in 1948 in Saudi-Arabië
ontdekt en zo krijgt het Midden-Oosten een belangrijke rol in de internationale oliehandel.
Als gevolg van internationale spanningen besluiten de Arabische oliestaten in 1973 de levering van olie
aan de Verenigde Staten en Europa stop te zetten. Dit leidt tot een oliecrisis, olieprijzen verdrievoudigden
in korte tijd. Dit maakt ook de internationale afhankelijkheden van olie zichtbaar. Het rapport ‘Grenzen
aan de groei’ dat de Club van Rome in 1972 publiceert legt daarnaast ook de economische gevolgen van
milieueffecten door onder andere het gebruik van fossiele brandstoffen bloot. En dan begint in 1991 de
Golfoorlog: deze maakt wederom zichtbaar hoe afhankelijk de wereld, met name de VS, van olie is geworden. Dit alles levert dan ook de basis voor een groeiend bewustzijn van de problematiek rondom olie
en andere fossiele brandstoffen en de noodzaak van een duurzamer energiesysteem. Vanaf de jaren 80 en
zeker na 2000 is er een groeiende inspanning om de ontwikkeling en implementatie van duurzame energie
tot stand te laten komen. Desondanks groeit de olieproductie wereldwijd nog steeds. Sinds de jaren 80,
toen de productie zo’n 60 miljoen vaten per dag was, is grofweg een continu stijgende rechte lijn te zien
in de olieproductie; vandaag de dag worden zo’n 80 miljoen vaten per dag geproduceerd.
9
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Zonne-energie
Door het succes van de fossiele brandstoffen en het nog niet bestaan van een bewustzijn betreffende
de vervuiling hierdoor, kwam de ontwikkeling van de niet-fossiele energie op een achterstand te staan.
Terwijl aardgas en olie in de Verenigde Staten steeds belangrijker werden, werd al in 1860 het eerste bekende systeem van geconcentreerde zonne-energie ontwikkeld door de Fransman Auguste Moucout. Hij
ontwikkelde een stoommachine met zonnecollector; een apparaat waarin de stoom voor mechanische
energie werd opgewekt uit door spiegels geconcentreerd zonlicht. In 1913 werd in Egypte een parabolisch
systeem in gebruik genomen voor warmteopwekking uit zonne-energie met een vermogen van ruim 40
kW. Het eerste ‘moderne’ 1 MW (ofwel 1000 kW) zonnepark voor geconcentreerde thermische energie
werd in 1968 in Italië in gebruik genomen. Het concept voor dit park, bestaande uit een veld met zonneconcentratoren gericht op één centrale ontvanger, wordt nog steeds toegepast.
Wat betreft elektrische energie uit zon door middel van zonnepanelen werden de eerste stappen rond
1839 gezet, met de ontdekking van het foto-elektrisch effect (emissie van elektronen in metaal onder
invloed van licht) door de Franse natuurkundige Alexandre Becquerel, waarmee hij de basis legde voor
de fotovoltaïsche cel. Het duurde meer dan honderd jaar om van dit wetenschappelijke concept tot een
toepassing te komen: in 1954 werd de eerste fotovoltaïsche (PV) cel door Bell Labs (New Jersey) aan
het publiek gepresenteerd. In dat jaar werd ook de Association for Applied Solar Energy (VS) opgericht.
De commerciële toepassing gaat dan nog langzaam. In 1963 wordt een kleine 242 W installatie van PV
panelen op een Japanse vuurtoren in gebruik genomen en in 1977 staat er wereldwijd slechts 500 kW aan
fotovoltaïsche panelen geïnstalleerd.
Windenergie
Windmolens met houten bladen werden door de eeuwen heen verbeterd voor verschillende toepassingen.
Hieronder ook de bekende Nederlandse molens voor het malen van graan, windpompen om water op te
pompen en te verplaatsen, etc. De basisprincipes en materialen veranderen nauwelijks, tot in 1890 voor
het eerst stalen bladen voor windmolens gebruikt worden, wat leidde tot een toegenomen efficiëntie.
Drie jaar later, in 1893, stonden er 15 Amerikaanse windmolen-bedrijven op de Chicago World’s Fair.
Windenergie groeit dan langzaam en in de periode tot 1970 worden 6 miljoen kleinere windmolens geplaatst in de VS. In 1941 wordt de eerste MW windmolen in gebruik genomen: ‘Grandpa’s Knob’, een
windturbine van 1,25 MW die tijdens de tweede Wereldoorlog gedurende enkele maanden gebruikt werd
om energie te leveren in Castleton, Vermont, VS. Deze machine was ontwikkeld door de S. Morgan
Smith Company en draaide 1100 uur voordat 1 van de wieken door materiaalmoeheid afbrak. Tot 1979
bleef dit de grootste windmolen ooit gebouwd. In 1981 werden in Californië de eerste grote windparken
10
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
Tijdlijn bij energiegeschiedenis
11
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
gebouwd. In 2013 werd het ‘London Array’ offshore windpark voor de kust van het Verenigd Koninkrijk
het grootste windpark ter wereld met 630 MW (0,6 GW). Nu liggen er plannen voor nog grotere parken:
Dogger Bank (4,8 GW), Norfolk Bank (7,2 GW), en Irish Sea (4,2 GW) en de 5 Nederlandse Borssele
windparken van samen 3,5 GW.
Kernenergie
Kernenergie valt niet onder de duurzame energie, maar is desondanks niet-fossiel en genereert geen CO2
emissies. De ontwikkeling van de nucleaire energie heeft een veel kortere aanlooptijd gehad dan andere
energiebronnen, mogelijk de reden dat de focus op de technologische ontwikkeling is gebleven en de sociaal-economische problematiek eromheen (nucleair afval, risico’s, ontmantelkosten) pas later in beeld kwam.
De wetenschappelijke basis voor kernenergie wordt eind 20e eeuw gelegd door verschillende onderzoekers, tevens allemaal Nobelprijswinnaars, waaronder Wilhelm Röntgen (ioniserende straling, 1895), Henri
Becquerel (bèta- en alfastraling, 1896), Pierre en Marie Curie (o.a. isolatie van radioactieve isotopen,
1986) en Ernest Rutherford (‘vader’ van de nucleaire fysica; atoommodel, periode 1902-1919). De naam
‘radioactiviteit’ is door de Curie’s bedacht. Ook andere Nobelprijswinnaars als Einstein, Fermi en Bohr
droegen bij aan de theorie die de basis legde voor het gebruik van kernenergie.
De eerste commerciële kernreactor wordt in 1954 in gebruik genomen in Obninsk, Rusland (5 MW),
gevolgd in 1957 door Shippingport, Pennsylvania, VS (60 MW). Vanaf dat moment groeit de implementatie van nucleaire energiecentrales over de hele wereld. In 1979 vindt bij Three Mile Island het grootste
Amerikaanse nucleaire ongeval plaats: een gedeeltelijke meltdown. Opruimen van de nucleaire veront
reiniging als gevolg van dit incident heeft tot 1993 geduurd. In 1986 vindt de kernramp bij Tsjernobyl in
Oekraïne plaats met een volledige meltdown van één van de reactoren. De oorzaak van deze ramp ligt
in een opstapeling van menselijke fouten. De radioactieve wolk die bij de ramp vrijkwam, verspreidde
zich tot ver over Europa. Er zijn volgens officiële schatting 4.000 doden gevallen onder bewoners uit
het direct nabij gelegen gebied en mogelijk nog 5.000 door indirecte gevolgen van de straling in andere
besmette gebieden. Greenpeace stelde in een rapport uit 2006 zelfs dat er 93.000 doden gevallen zouden
zijn. Het werkelijke aantal zal onbekend blijven. Een gebied van 20 km rondom Tsjernobyl is nog steeds
verboden gebied. Het toentertijd snel aangebrachte betonnen omhulsel waarmee de reactor omsloten
werd, bleek al snel onveilig en in 2016 is een nieuw omhulsel hier overheen geschoven met geschatte
kosten van 1,5 miljard euro.
Als gevolg van deze nucleaire incidenten, waaronder recentelijk ook Fukushima in Japan, keert de publieke
opinie zich tegen kernenergie, deels door de mogelijke gevolgen bij nucleaire rampen; deels ook door de
12
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
nooit opgeloste problematiek rondom het langdurig veilig opslaan van nucleair afval. Rond 2000 komt
daar ook nog een besef bij over de extreem hoge kosten van het ontmantelen van nucleaire reactoren. De
schatting is dat deze kosten tussen de 100-500 miljoen euro per centrale liggen. Door deze hoge kosten
zijn van de 150 centrales die wereldwijd op inactief gezet zijn er slechts 17 die de ‘greenfield’ status hebben:
terug naar oorspronkelijke staat. Op dit moment wordt er in o.a. Europa en VS gedurende de operationele
periode van de kerncentrales al ‘gespaard’ voor een ontmantelfonds. De Europese Commissie schatte echter
in 2016 nog steeds een tekort van 118 miljard te hebben voor de ontmanteling van Europese centrales.
In landen als Frankijk en Oekraïne wordt nog steeds het grootste deel van de elektrische energievoorziening
geleverd door nucleaire centrales (76 en 56% resp.). Tot Tsjernobyl werden er elk jaar meer kerncentrales
bijgebouwd (tot 30 per jaar). Direct na Tsjernobyl was daar meteen een sterke afname in te zien, en in de
laatste 10 jaar worden gemiddeld nog slechts 5 centrales per jaar bijgebouwd. Sinds begin van deze eeuw is
een stabilisatie in de groei van de productie van kernenergie te zien. De noodzaak tot CO2 emissiereductie
en twijfel over de grootschalige toepasbaarheid van zonne- en windenergie leidt nu echter weer tot een
toegenomen interesse in kernenergie.
Huidige status duurzame energie
Eind 2015 stonden er wereldwijd 227 GW aan PV zonnepanelen geïnstalleerd, waarmee aan 1% van de
wereldwijde energievraag voldaan kan worden. Een paar uitschieters: PV leverde 8% van de energievraag
in Italië, 7,4% in Griekenland, en 7,1% in Duitsland.
In 2016 kwam er wereldwijd 54 GW aan windenergie bij, waarvan alleen al 30 GW in China; de totale
geïnstalleerde capaciteit was 487 GW, waarvan meer dan 12 GW aan offshore wind power. In Europa
wordt zo’n 11,4% van het energieverbruik voorzien uit wind. Europa installeerde in 2016 12,5 GW aan
windcapaciteit, zo’n 3% minder dan er in 2015 bij kwam. Met een totale geïnstalleerde windcapaciteit
van 153,7 GW, neemt windenergie nu de tweede belangrijkste plaats over van steenkool als vorm van
energieopwekking in Europa.
Voor heel Europa moet in 2020 gemiddeld 20% van de energie duurzaam opgewekt worden. Sinds 2005 is
daar een duidelijk stijgende lijn in te zien, en de doelstelling lijkt haalbaar. In 2014 werd over heel Europa
genomen 16% van de energie (elektrisch, verwarmen en koelen, en transport) al duurzaam opgewekt. Dit
is een direct gevolg van de nationale duurzame energiedoelstellingen die alle EU landen opgesteld hebben.
Als we alleen naar elektriciteit kijken, had duurzame elektriciteit in 2014 een aandeel van meer dan een
kwart (26%) van de totaal opgewekte elektriciteit. Hiervan was 41% opgewekt uit waterkracht, 29% uit
wind (27% onshore; 2% op zee), 18% uit biomassa en ook 11% uit zonne-energie.
13
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
100
Natural gas
15,2
Crude oil
9,1
75
Renewable energy
25,5
50
Solid fuels
19,4
25
Other
1,6
Nuclear energy
29,4
0
Geothermal energy
Solar energy
Wind
Hydropower
Biomass & waste
Energieproductie Europa 2014, Eurostat (http://ec.europa.eu/eurostat)
14
3
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
WATERSTOFTECHNOLOGIE
Waterstof als groene energiedrager
Waterstof is geen energiebron zoals zon of wind. Het is een energiedrager, een brandstof. Waterstof is het
meest voorkomende element op aarde, echter in moleculaire vorm, H 2 , komt het nauwelijks voor: slechts
0,00005% van de lucht bestaat uit waterstofgas. Waterstofgas moet dus gemaakt worden. Dit kan door
aardgas te reformeren, een proces waar CO2 bij vrijkomt, maar een betere optie is om water te splitsen in
waterstof en zuurstof in een proces genaamd elektrolyse en met gebruik van duurzame energie. Zo kan
‘groene’ waterstof gemaakt worden.
De energiedrager waterstof kan vervolgens in een brandstofcel weer worden omgezet in elektrische energie,
dit is het omgekeerde proces van de elektrolyse. Een brandstofcel is een elektrochemisch systeem, een
soort batterij, waarbij de chemische energie niet in het systeem is opgeslagen maar in de vorm van een
brandstof wordt toegevoerd. Zolang de brandstof, de waterstof, wordt toegevoerd blijft de cel elektriciteit
produceren. Hierbij komt alleen water en warmte vrij en worden geen schadelijke emissies of afvalstoffen
geproduceerd. De elektriciteit kan aan het elektriciteitsnet worden geleverd of aan bijv. een elektrische
auto, de brandstofcel-elektrische auto. De warmte kan ook gebruikt worden voor verwarming of andere
processen. Brandstofcellen hebben een hoge efficiëntie in vergelijking met verbrandingsmotoren en zijn
geluidloos.
Als groene waterstof gebruikt wordt in de brandstofcel dan is de volledige energieketen CO2-vrij.
Deze keten van omzetting van elektriciteit naar waterstof en terug naar elektriciteit kan gezien worden
als een vorm van energieopslag: je maakt waterstof wanneer er een elektriciteitsoverschot is en elektriciteitsprijzen laag zijn; je gebruikt de waterstof wanneer en waar er behoefte is aan elektrische energie.
Deze emissievrije keten en de mogelijkheid tot grootschalige energieopslag maken waterstoftechnologie
interessant binnen de energietransitie: wanneer we op grote schaal overstappen op zonne- en windenergie
en ’s winters elektrisch verwarmen dan ontstaat er een behoefte aan grootschalige seizoensopslag van
elektriciteit. Waterstoftechnologie kan hierin een rol spelen.
15
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Grootschalige zon- en windparken leiden tot een behoefte aan energieopslag.
16
4
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
GESCHIEDENIS VAN DE WATERSTOFTECHNOLOGIE
Ontdekking
De eerste beschrijving van waterstof wordt toegeschreven aan de Duits-Zwitserse filosoof/bioloog/botanist/
wetenschapper Philippus Aureolus van Hohenheim, beter bekend als Paracelsus. Hij wordt beschouwd als
de grondlegger van de toxicologie, de eerste systematische botanicus en gaf zink zijn naam. Als één van
de eerste in zijn tijd richtte hij zich op observaties van de natuur, en niet op geschreven teksten. In 1520
beschreef hij een opstijgend gas wat waarschijnlijk waterstof is geweest. Hij gaf er echter geen naam aan
en ontdekte ook niets over de eigenschappen. In 1670 toonde de Engelse wetenschapper Robert Boyle
aan dat dit gas ontvlambaar is in de aanwezigheid van lucht. Bijna honderd jaar later, in 1766, erkende de
Engelsman Henry Cavendish waterstof als één van de elementen. De Franse Antoine Lavoisier heeft in
1781 aan dit element de naam ‘Hydrogene’, ofwel waterstof, gegeven.
De eerste toepassing van waterstof was in 1783, toen de Fransman Jacques Charles voor het eerst een
luchtballon met waterstof deed opstijgen (i.p.v. met hete lucht) en in 1801 demonstreert Humphry Davy
het principe van elektrolyse, de splitsing van water in waterstof en zuurstof, door een sterke stroom door
water te laten gaan.
Afbeelding van de eerste waterstofluchtballon van Jacques Charles met Nicolas-Louis Robert, 1 december 1783.
17
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
De brandstofcel
De Engelse Sir William Robert Grove vindt in 1842 de eerste brandstofcel uit, feitelijk het omgekeerde
principe van de elektrolyse van Davy. Zijn ‘gas batterij’ bestond uit twee platina elektrodes in zwavelzuur,
de ene in contact met waterstofgas, de andere met zuurstof. Alhoewel hij doorgaans de vader van de
brandstofcel wordt genoemd, was een soortgelijk experiment met platina, waterstof en zuurstof twee jaar
eerder al door de Zwitsers-Duitse scheikundige Schönbein gerapporteerd.
In 1889 geven Charles Langer en Ludwig Mond de naam ‘brandstofcel’ (fuel cell) aan de uitvinding van
Grove. Ze rapporteren grote moeite te hebben met het beheersen van het vloeibare zwavelzuur, het
‘elektroliet’. Zeven jaar later (1896) schrijft Wilhelm Oswald in zijn boek ‘Electrochemie, geschiedenis
en theorie’ dat Grove’s batterij geen enkel praktisch nut heeft (maar theoretisch gezien wel relevant is).
Vanaf 1932 pakt de Britse onderzoeker Francis Thomas Bacon het thema van de brandstofcellen weer op.
Na jaren van onderzoek toont hij in 1959 een 5 kW alkaline brandstofcel (met alkaline elektroliet in plaats
van zwavelzuur). In 1959 demonstreert hij de toepassing voor een tractor met een 15 kW brandstofcelstack
met een stapeling van 1008 cellen. Ook in de jaren 50 vindt General Electric de polymeer-membraan
brandstofcel uit, die in plaats van een vloeibaar elektroliet een vast membraan gebruikt.
Als gevolg van deze ontwikkelingen ontstaat er een bredere interesse voor brandstofcellen. Dit leidt ertoe
dat in de jaren 60 de NASA brandstofcellen gebruikt in de ruimtevaart – Pratt & Whitney, vliegtuig-motorbouwer, had de patenten van Bacon gekocht en het contract voor stroomlevering voor het Apollo
ruimtevaartuig gewonnen. De brandstofcellen leverden niet alleen vermogen met een hoog rendement,
maar ook drinkwater aan boord van de raket.
De oliecrisis uit de jaren 70 leidde tot een hernieuwde zoektocht naar alternatieven voor de fossiele energie (olie). In deze tijd wordt ook de fosforzuur-brandstofcel ontwikkeld (met een fosforzuur elektroliet).
Ook in de jaren 70 ontstaat de term ‘waterstofeconomie’. Deze term, in 1972 bedacht door John Bockris,
beschrijft de energetische, ecologische en economische aspecten van een energiesysteem gebaseerd op
waterstof. Dit is een soort ideale wereld waar geen geopolitieke afhankelijkheid van petroleum bestaat,
waar elk land/regio in zijn eigen energiebehoefte kan voorzien door het gebruik van waterstoftechnologie,
zonder vervuiling of CO2 emissies, met goedkope gelijkstroom (i.p.v. wisselstroom), schoon water (uit
brandstofcellen), gelijke kansen op ontwikkeling voor alle landen, etc. Terwijl dit idealistische beeld
enerzijds een groep mensen, waaronder wetenschappers en beleidsmakers, aansprak en motiveerde, heeft
dit ideaalbeeld waarschijnlijk ook bijgedragen aan een zekere mate van scepsis bij een andere groep. Deze
tegenstelling kom je tot op de dag van vandaag nog tegen.
18
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
De Grove gas-batterij uit 1842.
Recente ontwikkelingen
In de jaren 80, 90 en 2000 zie je een langzame ontwikkeling van waterstoftechnologie. In de jaren 80
worden brandstofcellen door de US Navy toegepast in de Deep Quest onderzeeër, in de jaren 90 worden de
eerste grotere stationaire brandstofcelcentrales (orde 250 kW) voor commerciële en industriële toepassingen geplaatst. Er ontstaat een soort verwachting (‘het is er bijna’), anderzijds duren de ontwikkelingen
steeds langer dan gedacht of gehoopt. De levensduur van de materialen blijft te kort, de kosten te hoog.
Dit veroorzaakt ook een soort golfbeweging in de maatschappelijke en politieke interesse, met als gevolg
fluctuerende subsidiestromen. In Nederland heeft dit er zelfs toe geleid dat rond 2008 (tot na 2012) vrijwel
alle activiteiten rondom onderzoek en ontwikkeling van waterstoftechnologie in (semi)publieke instellingen zijn stopgezet. ECN is hier het duidelijkste voorbeeld van, waar in 2009 het volledige onderzoek
naar waterstoftechnologie werd opgeheven. In de Verenigde Staten daarentegen wordt in dezelfde periode
grootschalig geïnvesteerd. In 2003 kondigt President George W. Bush het ‘hydrogen fuel initiative’ aan t.w.v.
1,2 miljard US dollar. In 2008 bestaat het subsidieprogramma voor waterstoftechnologie in de Verenigde
Staten uit 228 miljoen US dollar (ongeveer 50% van het totale budget voor energie-efficiëntie en duurzame
energie). Ook Japan investeert in deze periode grootschalig in de ontwikkeling van de technologie. Vanaf
2007 start ook de commerciële verkoop van brandstofcellen als auxiliary power units (hulpaandrijving)
en voor back-up power. Ook grote autofabrikanten beginnen vanaf eind vorige eeuw steeds grotere R&D
afdelingen rondom brandstofcellen op te zetten en de eerste prototypes te ontwikkelen. In 2008 is de
Honda FCX Clarity de eerste brandstofcel-elektrische auto die geleased kan worden.
19
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Nedstack’s 2 MW PEM brandstofcel power plant in Yingkou, China
Toyota Mirai met 114 kW PEM brandstofcelstack
20
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
Waterstof nu
In 2009 startte in Japan een groot programma voor de implementatie van residentiële warmtekracht-koppeling (WKK) installaties voor opwekking van warmte en elektriciteit met brandstofcellen in woningen.
Als gevolg daarvan zijn er in Japan op dit moment meer dan 120.000 van deze microCHP units geplaatst.
Ook grotere stationaire toepassingen zijn nu commercieel beschikbaar: het Nederlandse Nedstack stelt
in 2012 in België de eerste 1 MW brandstofcelcentrale in werking met membraantechnologie (PEMFC).
In 2014 installeerde het Amerikaanse FuelCell Energy in Zuid-Korea 59 MW aan brandstofcelcentrales
met gesmolten carbonaat-technologie (MCFC). In de Verenigde Staten stonden eind 2016 in totaal 390
stationaire brandstofcelcentrales met een totale capaciteit van 275 MW.
Ook wat betreft elektrolysers wordt er opgeschaald: in 2016 meldt Siemens een grootschalige 50 MW
elektrolyser ontwikkeld te hebben, speciaal gericht op grootschalige elektriciteitsopslag in bijv. powerto-gas en power-to-hydrogen.
In 2014 komt de Toyota Mirai, als commercieel personenvoertuig op waterstof, beschikbaar op de markt
en in 2015 de Hyundai IX35. Andere transporttoepassingen met brandstofcellen voor bijv. bussen,
vorkheftrucks, vrachtwagens, treinen en (kleine) vliegtuigen zijn volop in ontwikkeling en vaak ook al
commercieel beschikbaar. Wereldwijd reden er eind 2016 al 2555 voertuigen op waterstof rond, waarvan
alleen al in de VS 1295. Vergeleken met batterij-elektrisch vervoer is dit natuurlijk nog maar een klein
aandeel, maar de commercialisatie is dan ook 20 jaar later begonnen.
Van de 2555 waterstofvoertuigen waren er 2184 personenauto’s (1397 Toyota Mirai’s; 457 Hyundai’s
IX35) en 135 bussen op waterstof. Nederland stond geregistreerd met slechts 11 brandstofcelvoertuigen.
Al deze commerciële ontwikkelingen leveren nu in versneld tempo nieuwe ervaring en kennis op over de
toepassingen in de markt. Dit zorgt nu ook voor een verdere verbetering van de technologie en daling
van de kosten door bijv. betere materialen en processen en grotere productieaantallen. Hierdoor is waterstoftechnologie steeds dichter bij een concurrerende positie met andere technologieën.
21
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
22
5
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
DE ROL VAN WATERSTOF IN DE ENERGIETRANSITIE
Waar gaat het heen?
Duurzame energie zal in Nederland met name uit zonne-en windenergie bestaan. Waterkracht en geothermische energie zijn slechts op kleinere schaal aanwezig. Zon is alleen overdag en met name in de
zomer beschikbaar, wind waait vaak harder in de winter. Er zijn dagen dat zowel wind als zon nauwelijks
beschikbaar zijn voor energieopwekking. De energie kan dan of over langere afstand aangeleverd worden
middels internationale afspraken, dan wel uit opgeslagen voorraden gehaald worden. Tegelijkertijd zullen
er momenten zijn dat er volop zon of wind beschikbaar is, terwijl de energievraag beperkt is, bijv. als het
’s nachts waait. Dat zijn momenten dat energie opgeslagen kan worden.
Dit betekent ook dat de pieken in de energievraag zoveel mogelijk beperkt moeten worden door hogere
efficiëntie van energiesystemen en meer gespreid moeten worden door slimmere toepassingen. Inspelen
op een fluctuerende energieprijs draagt hieraan bij. Deze ontwikkelingen samen met het slim inzetten
van opgeslagen energie moeten ervoor zorgen dat in de toekomst vanuit duurzame energieopwekking op
elk moment voorzien kan worden in de energievraag.
Een andere relevante ontwikkeling is de overstap naar gasloos verwarmen, om het aardgasverbruik terug te
dringen, enerzijds vanwege duurzaamheid, anderzijds in verband met de Groninger aardbevingen. Dit kan
door het aanleggen van warmtenetten, maar ook door het plaatsen van warmtepompen. Een warmtenet is
niet overal mogelijk of wenselijk, maar het elektrisch verbruik bij verwarmen met een warmtepomp is zo’n
4 keer hoger dan het gemiddelde elektriciteitsverbruik van een woning en vindt met name in de winter
plaats. Als Nederland grootschalig overstapt op elektrisch verwarmen met warmtepompen zal dat in de
winter dus een grote toename in de elektriciteitsvraag veroorzaken. Aangezien elektriciteit voor woningen
zo’n 20% van het totale elektriciteitsverbruik vormt, betekent dit dat residentieel elektrisch verwarmen
’s winters vrijwel tot een verdubbeling van de totale elektriciteitsvraag kan leiden. Het is op dit moment
onwaarschijnlijk dat met alleen de invoering van duurzame energie hierin voorzien kan worden. Een deel
van de oplossing wordt gezocht in een flexibilisering en verzwaring van het energienet. Dit gebeurt door
netbeheerders als Alliander en Tennet. En er wordt toegewerkt naar een slimmer energienet, waar lokale
energieopwekking en korte termijn-opslag een plek krijgen en vraag en aanbod op elkaar worden afgestemd
door het slim inzetten van ICT en het inspelen op fluctuerende energieprijzen. Echter, grootschalige opslag
van energie over meerdere maanden blijft dan nog steeds nodig om te kunnen verwarmen.
23
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Er is kortom geen eenduidige enkelvoudige oplossing voor een duurzame energievoorziening. De toekomst
zal bestaan uit meerdere deeloplossingen die op een complexere manier dan nu in elkaar grijpen om een
totaaloplossing te leveren. Het vakgebied energie-systeemintegratie probeert op holistische wijze dit totaalbeeld en de meerdere paden daarin te bestuderen.
Huidig en toekomstig energiesysteem (Uit Technology Roadmap: Hydrogen and Fuel Cells, IEA, 2015)
Opslag in waterstof
Voor kleinschalige lokale energieopslag en tijdsduren in de orde van enkele uren zijn batterijen een optie.
Vliegwielen en supercondensatoren kunnen tot enkele minuten in lokale opslag voorzien. Middelgrote
opslag voor iets langere tijdsduur, in de orde van weken, kan bestaan uit gecomprimeerde lucht (CAES) en
opgepompt water (PHS). Echter voor de grootschalige opslag over meerdere maanden (seizoensopslag),
zoals die op dit moment voorzien wordt, is volgens de International Energie Agency waterstof de enige
geschikte oplossing. Waterstof kan grootschalig geproduceerd worden, langdurig opgeslagen worden en
via pijpleidingen of schepen/trucks vervoerd worden.
De waterstof kan vervolgens gebruikt worden als grondstof in industriële processen, als brandstof voor
transport en om in de energievraag te voorzien wanneer er onvoldoende zon- of windenergie beschikbaar is. Dit laatste kan bijv. in grootschalige multi-megawatt brandstofcelcentrales. Deze produceren dan
gelijktijdig grote hoeveelheden warmte geschikt voor bijv. warmtenetten of industriële processen. Ook
kan waterstof in de industrie als grondstof in chemische processen gebruikt worden. Eén van de opties is
de waterstof om te zetten in methaan (hoofdcomponent van aardgas), en dit als brandstof te gebruiken,
het aardgasnet ligt er tenslotte al. Echter, dit is een omslachtige oplossing, die mogelijk op korte termijn
24
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
vanwege de bestaande infrastructuur voordelen heeft, maar op de lange termijn niet opweegt tegen de
voordelen van het directe gebruik van waterstof als brandstof.
De meest voor de hand liggende optie op dit moment lijkt het gebruik van waterstof als brandstof voor
vervoer te zijn. Brandstofcel-elektrisch vervoer is feitelijk batterij-elektrisch vervoer met een kleinere
batterij en daarnaast een brandstofcelsysteem. Hierdoor kunnen een grotere rijafstand en sneller tanken
gerealiseerd worden. Nadelen van batterij-elektrische auto’s zijn dat ze een relatief beperkte range hebben en opgeladen moeten worden. Als men grootschalig overstapt op batterij-elektrisch vervoer is extra
capaciteit van het net nodig en infrastructuur (laadpalen) om in het opladen van deze auto’s te voorzien,
plus extra capaciteit aan duurzame elektrische energie uit bijv. zon en wind. Hier wordt hard aan gewerkt,
opladen kan sneller bijv. door inductie, en de range van batterij-elektrische auto’s wordt steeds groter,
denk aan de Tesla. Batterij-elektrische voertuigen hebben echter nog steeds duurzame energie nodig om
opgeladen te worden, en bieden lokaal wel een oplossing (emissieloos rijden), maar niet op het niveau
van het totale energiesysteem.
Ook de brandstofcel-elektrische auto ontwikkelt door. Het tanken van waterstof gaat nu al veel sneller
dan het opladen van elektrische auto’s, hetgeen zeker op langere afstanden tijdwinst oplevert. Ze hebben
nu al een grotere range (rij-afstand) dan batterij-elektrische auto’s, van meer dan 500 km voor zowel de
Mirai als de IX35. Ter vergelijking: dit is nu alleen beschikbaar op de duurste Tesla modellen. Evenals
batterij-elektrische auto’s veroorzaken ze geen lokale emissies. Maar het grootste voordeel is dat voor de
brandstofvoorziening juist slim ingespeeld kan worden op duurzame energieoverschotten. Het gebruik
van waterstof-elektrische voertuigen draagt dus op beide niveaus (lokaal en energiesysteem) bij aan een
oplossing.
Zoals voorzien in de Brandstofvisie, zal in de toekomst onze transportvoorziening waarschijnlijk op
meerdere brandstoffen en energiestromen rusten: in de komende decennia zullen benzine, diesel en lpg
vervangen worden door een mix van elektriciteit, waterstof en ‘groen’ gas, mede gecombineerd met een
verhoogde efficiëntie.
Logische overstap
De overstap naar waterstof lijkt historisch gezien een logische. Sinds het begin van het fossiele tijdperk
ruim 200 jaar geleden is er een voortdurende wisseling in de samenstelling van onze energiemix geweest,
de zogenaamde ‘ontkoling’ (decarbonization), waarbij het aandeel koolstof (C) steeds kleiner werd en het
aandeel waterstof (H) steeds groter. We gingen van houtskool en steenkool (bijna volledig C) via aardolie
(meer H’s, minder C’s) naar aardgas (4 H’s, 1 C). Uiteindelijk zou waterstof (100% H’s) dan een logische
volgende stap zijn.
25
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Waterstof is niet nieuw. Het wordt al grootschalig gebruikt in met name de olieraffinage en productie van
kunstmest en bijv. methanol. Hier zou dan ook de eerste grootschalige toepassing kunnen liggen voor
het gebruik van groene waterstof. Waterstof wordt ook in een aantal industriële processen grootschalig
als afvalstof opgewekt, bijv. in de chloor-alkali industrie. De totale hoeveelheid waterstof die nu in Nederland geproduceerd wordt, komt overeen met het brandstofverbruik van zo’n 40% van ons wagenpark.
Het feit dat zulke grote hoeveelheden waterstof al jarenlang geproduceerd en gebruikt worden, geeft aan
dat de infrastructuur voor het omgaan met grote hoeveelheden waterstof beschikbaar, beheersbaar en
betrouwbaar is. Om waterstof grootschalig beschikbaar te stellen binnen de energietransitie blijft een
verdere aanpassing van infrastructuur nodig, bijv. het installeren van waterstof-tankstations. Daarvan
zijn er nu 3 in Nederland. Duitsland werkt al aan het uitrollen van een netwerk van 400 waterstof-tankstations over het land. Ook wordt er gekeken of aardgasleidingen geschikt gemaakt kunnen worden voor
de distributie van waterstof.
De rol van de overheid is hier wel een bepalende. Díe landen of regio’s die meer bereikt hebben op het
gebied van duurzame energie en/of waterstoftechnologie hebben juist een sturende rol van de overheid
gezien op dat vlak. Voorbeelden zijn Japan, Californië, Duitsland, Denemarken, Spanje en Schotland.
Vergelijk dit met het uitrollen van het aardgasnet in Nederland in de jaren 60, uitgevoerd in korte tijd als
gevolg van een helder overheidsbesluit. Op dit moment neemt de overheid juist een afwachtende houding
aan, stelt dat verduurzaming in Nederland vanuit de marktwerking zal moeten gebeuren, en probeert
daartoe slechts de randvoorwaarden te creëren. Deze houding is zeer waarschijnlijk de oorzaak van onze
slechte prestaties op het gebied van CO2 uitstoot (toegenomen in 2016) en duurzame energie (twee-na
slechtste plaats in Europa). Gelukkig zijn er nu indicaties dat de politiek er langzaam bewuster van wordt
dat een meer sturende rol nodig is.
Met het beschikbaar zijn van de waterstoftechnologie, het langzaam uitrollen van de benodigde infrastructuur
én de noodzaak van implementatie van schone technologie, duurzame energiesystemen en grootschalige
seizoensopslag, lijken er nu nog nauwelijks belemmeringen te zijn. Dus toch nog een waterstofeconomie?
26
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
6
KANSEN VOOR TOEGEPAST ONDERZOEK
Wereldwijd toegepast onderzoek naar waterstoftechnologie
Terugkijkend naar het bovenstaande lijkt bijna of alles al klaar ligt om verkocht en geïmplementeerd te
worden. Dat klopt voor een deel. De brandstofcel-elektrische auto’s, daar is weinig meer aan toe te voegen, die zijn vrijwel klaar en de fabrikanten zijn dusdanig ver dat de achterstand voor Nederland en een
hogeschool als de HAN moeilijk in te halen is. Echter, er zijn talloze toepassingen die nog ontwikkeld
of verbeterd kunnen en moeten worden. Hierbij kan gedacht worden aan een slimmere aansturing, die
levensduur verlengt en efficiëntie verhoogt, goedkopere materialen, compactere ontwerpen, en de inpassing
in complexe hybride systemen en specifieke niche-toepassingen.
Waterstoftechnologie is nog niet geharmoniseerd en betreft veelal fit-for-purpose ontwikkelingen. Er moet
dan ook per toepassing gevalideerd worden. Veel (test)ontwikkelingen vallen onder intellectueel eigendom
en deze kennis is niet vrij beschikbaar, hetgeen een uitdaging betekent voor innovatieve ontwikkelingen
op dit vlak. Terwijl een paar grote spelers, met name de auto-industrie zoals General Motors en Toyota,
veel geld en tijd gestoken hebben in de ontwikkeling, optimalisatie en validatie van brandstofceltechnologie voor personenauto’s, en hiermee ver voor liggen op een aantal andere kleinere spelers zoals die in
Nederland bestaan, is deze kennis dus slechts zeer beperkt beschikbaar.
Ook de test-protocollen van brandstofcelsystemen liggen nog niet vast. Op internationaal niveau wordt
gepoogd hieromtrent afspraken te maken. Om resultaten voor verschillende (commerciële) systemen te
kunnen vergelijken wordt gekeken naar het vastleggen van betrouwbare en reproduceerbare protocollen
waarmee de performance van brandstofcelsystemen kan worden vastgelegd. Het uitvoeren van gelijke
protocollen in verschillende laboratoria met verschillende apparatuur levert desondanks nog vaak verschillen op. Om tot harmonisering te komen worden op Europees niveau nieuwe testprocedures ontwikkeld
vanuit een Europees samenwerkingsverband.
Van bestaande commerciële systemen bestaan vaak ook nog vragen rondom betrouwbaarheid, performance
en levensduur onder real-life condities. Zo worden commerciële systemen onder werkelijke toepassingen
gemonitord en gevalideerd, bijv. bij telecom-installaties (back-up power) en blijkt een hoge betrouwbaarheid
haalbaar. Vanuit een analyse van de betrouwbaarheid kan het power-management-algoritme verbeterd
worden en zo de betrouwbaarheid verhoogd worden. Ook de invloed van de gekozen systeemcomponenten, zoals de inverter, blijkt hierbij een rol te spelen. Vanuit een analyse van de mogelijke systeemfouten
27
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
kunnen verbeterde ontwerp-richtlijnen opgesteld worden.
Door het modelleren van waterstofsystemen, bijvoorbeeld voor residentiële toepassingen, kunnen voor
deze systemen een verbeterde configuratie en operationeel systeem ontworpen worden, en zo kan de
vermogens- en warmte-efficiëntie geoptimaliseerd worden.
Modellering van hybride brandstofcelsystemen wordt ook toegepast bij het ontwerpen van systeemcomponenten zoals (DC/DC) converters. Hierbij wordt de performance van verschillende ontwerpen van de
controllers via numerieke simulaties gevalideerd en vergeleken. Zo kan het beste ontwerp geselecteerd
worden voor verdere testen en validatie.
Ook niet-traditionele toepassingen krijgen steeds meer aandacht, bijv. die voor hybride brandstofcelsystemen voor specifieke toepassingen zoals noodvoorzieningen, defensie of landbouw. Relevante aspecten
zijn dan o.a. gewicht, afmetingen, investering, kosten en efficiëntie. Een validatie vanuit simulatie-tools
en specifieke power algoritmes kan dan aantonen welke configuratie de grootste voordelen oplevert. Ook
brandstofverbruik en batterijefficiëntie kunnen geoptimaliseerd worden vanuit een verbeterde aansturingsstrategie. Zo worden economische en milieu-aspecten geoptimaliseerd, en dus de haalbaarheid vergroot.
Dit wordt verder doorgetrokken in studies die meer naar macroscopische systemen kijken, zoals bijv. het
inzetten van waterstofsystemen voor reductie van piekbelasting van het elektrisch netwerk. Vanuit een
Life-Cycle-Analyse kan worden gekeken hoe goedkope elektrische energie uit tijdelijke energieoverschotten
via verschillende paden benut kan worden voor het grootschalig opwekken van waterstof voor de chemische industrie en transport. Het gebruik van waterstof als vorm van energieopslag voor steeds goedkoper
wordende 100% hernieuwbare energie blijkt dan steeds haalbaarder en noodzakelijker.
Onderzoek bij het Lectoraat Duurzame Energie
De doelstelling van het lectoraat is om vanuit een samenwerking met het onderwijs en het bedrijfsleven
oplossingen te bieden binnen de energietransitie. We werken hierbij met name aan het opwekken van
energie uit zon en wind en de opslag ervan in batterijen en waterstof. We doen dit door het ontwikkelen,
modelleren en valideren van componenten en systemen. Een deel van het onderzoek in het lectoraat wordt
uitgevoerd in het Associate Lectoraat Energie-Innovatie onder leiding van collega-lector Piet Sonneveld.
Wat betreft waterstoftechnologie en de toepassing ervan in de energietransitie wil het lectoraat Duurzame
Energie zich vooral richten op de niet-mobiele toepassingen van brandstofcellen en de rol van waterstof
als vorm van energieopslag. Op dit vlak werken we samen met het HAN lectoraat Automotive Research,
28
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
die al langere tijd werken aan brandstofceltechnologie voor transport. Ook met andere lectoraten en
groepen van de HAN werken we samen, zoals met het lectoraat Meet- en Regeltechniek, de lectoraten van
het Centrum IT & Media (CIM) en met het Sustainable Electrical Energy Centre of Expertise (SEECE).
De samenwerkingen komen o.a. tot stand in de volgende projecten:
Archypel
Dit project is een haalbaarheidsstudie Systeemintegratie met subsidie van de RVO. We bestuderen de
haalbaarheid van een energieopslagsysteem gebaseerd op waterstof voor een 100% duurzame energie-autonome woning. Projectleider is ISPT (Institute for Sustainable Process Technology), partners zijn 4 MKB’s,
Alliander en het Lectoraat Duurzame Energie. Wij richten ons op de modellering van het energiesysteem
als microgrid en de bepaling van de business case uit dit model.
Hydrova
Een SiA RAAK-mkb project in aanvraag. Samen met het Lectoraat Automotive Research, SEECE,
Stichting Kiemt, gemeente Arnhem, provincie Gelderland, 13 bedrijven en de Nederlandse Waterstof en
Brandstofcellen Associatie (NWBA) en het Clean Mobility Centre (CMC) willen we ons richten op het
modelleren, testen en valideren van brandstofceltechnologie voor mobiele en stationaire toepassingen
in de regio. Binnen het project bestaat een nadrukkelijke koppeling met het onderwijs door de inzet van
docent-onderzoekers, stagiairs en afstudeerders. Ook hopen we multidisciplinaire studententeams in te
kunnen zetten vanuit de semesterprojecten van het nieuwe curriculum van de Engineering-opleidingen.
Cleantech Energy Crossing
Dit Interreg-project onder leiding van de Stichting Kiemt richt zich op verduurzaming van de bestaande
woningbouw in zowel Nederland als Duitsland, waarbij de andere bouwtradities en -voorschriften aan
weerszijden van de grens waarschijnlijk tot een ander ontwerp of optimalisatie van het verduurzaamde
energiesysteem zullen leiden. Meerdere partners uit beide landen doen mee. Het lectoraat Duurzame
Energie heeft een rol in het werkpakket over energieopslag in batterijen in deze woningen. Dit project
is gestart in maart 2017.
Console
Onlangs ingediend RAAK-mkb project met 10 bedrijven, SEECE en een brancheorganisatie. Hierin
wordt de in de afgelopen jaren opgebouwde ervaring en kennis op het gebied van geconcentreerde
29
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
zonne-energie (CSP) in het lectoraat ingezet om dichter bij een economische haalbaarheid van de systemen
te komen waarbij prototypes en demoprojecten in het SolarDemoLab (de ‘kas’) worden ingezet. Evenals
bij Hydrova ligt er nadruk op de koppeling met het onderwijs door de inzet van docent-onderzoekers,
stagiairs en afstudeerders en hopen we multidisciplinaire studententeams in te kunnen zetten vanuit de
semesterprojecten van het nieuwe curriculum van de Engineering-opleidingen.
Bedrijventerreinen
Samen met Alliander leggen we een methodologie vast om de energiestromen van bedrijventerreinen
in kaart te brengen en op basis hiervan advies voor verduurzaming te geven. Dit doen we binnen het
EFRO project ‘Realisatie van CO2 reductie in De Liemers’, onder penvoering van de Faculteit Economie
en Management.
HAN Icoonprojecten
We werken mee aan drie HAN icoonprojecten die aansluiten bij het speerpunt Sustainable Energy and
Environment (SEE). Ten eerste het project E-BIG waarvan we penvoerder zijn: EnergieBesparing vanuit
de Individuele Gebruiker. In dit project willen we voor grote organisaties (scholen, kantoorgebouwen,
ziekenhuizen) kijken hoe de individuele gebruiker bij kan dragen aan energiebesparing en duurzamer
gedrag. Dit project bestaat uit het creëren van bewustzijn, het meten en zichtbaar maken van individueel
energiegebruik en het modelleren en simuleren ervan. De Faculteit Techniek van de HAN is Living Lab,
en vanuit het lectoraat kijken we naar het modelleren en simuleren van het energieverbruik vanuit de
individuen. We werken hierbij samen met het CIM, ICA, Built Environment en Automotive Research.
Ook hebben we een rol in het project ‘Bioraffinage: op weg naar zero waste’ wat vanuit het Biocentre
gecoördineerd wordt en waarin we de energiestromen van de processen in kaart gaan brengen. En als
laatste doen we mee in het icoonproject ‘CMC’, wat zich onder leiding van SEECE richt op de samenwerking met het Clean Mobility Centre.
Lectorenplatform Praktijkgericht Onderzoek Urban Energy
In dit lectorenplatform met SiA subsidie (penvoerder Hogeschool Utrecht) willen we de samenwerkingen
tussen de lectoraten op het gebied van verduurzaming van de stedelijke energievoorziening versterken
vanuit een koppeling met het onderwijs en bedrijfsleven. Er wordt een gezamenlijk onderzoeksprogramma opgesteld. Doel is om vanuit de samenwerking zowel het onderzoek als het onderwijs te versterken.
30
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
Vanuit deze en andere, nog te komen, te bedenken, en aan te vragen projecten willen we onze missie
vorm geven:
Het is onze missie om een vanzelfsprekende partner te worden voor vernieuwende, integrale en haalbare oplossingen binnen
de transitie naar duurzame energie. We richten ons op multidisciplinaire vragen vanuit de markt op het gebied van energie
uit zon en wind, energieopslag, waterstoftechnologie en systeemintegratie. We werken vanuit een voortdurende interactie met
studenten en het onderwijs en zijn een katalysator voor de koppeling tussen studenten en het bedrijfsleven. We zijn onafhankelijk, objectief en laagdrempelig.
31
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
32
7
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
EINDWOORD
Ik heb nogal wat onverwachte wendingen genomen in mijn leven. Doorgaans omdat ik een kans kreeg en
die aangreep. Meestal hebben die plotselinge beslissingen goed uitgepakt, soms ook wat minder. Allereerst
al mijn studie Natuurkunde, die eigenlijk alleen maar een opstapje zou zijn naar een niet-technische bovenbouwstudie. Toch de natuurkunde maar afgemaakt. Vervolgens zéker geen promotie, maar werken. Na
anderhalf jaar toch maar een promotieonderzoek in Oxford, want dat kon. Mexico, een kans, die ik wel
moest grijpen. Een ‘paar jaar’ werden er uiteindelijk 13. Ik heb daar ontzettend leuke dingen kunnen doen,
relevante projecten mogen opzetten en zo een bijdrage mogen leveren aan een duurzame ontwikkeling.
Toen toch maar terug naar Nederland. Betere kansen voor mijn dochters. Een veiligere toekomst. Maar
ook alwéér opnieuw beginnen. Of, zoals een goede vriend dat zei: verder op een ander spoor.
Nu ben ik ruim een jaar lector Duurzame Energie bij de HAN. Ook zo’n kans die voorbij kwam. De
HAN levert een ontzettend enthousiaste omgeving. Er liggen veel mogelijkheden. Er liggen ook een
aantal belemmeringen. Ik kan dit niet anders omschrijven dan als een ‘leuke uitdaging’. Waarbij de nadruk soms meer op ‘leuk’ ligt, maar toch ook vaak op ‘uitdaging’. Desondanks zie ik kansen. En kansen
moet je aangrijpen.
Ik wil graag iedereen bedanken die er toe hebben bijgedragen dat ik deze kans heb mogen oppakken.
Allereerst dr. ing. Diana de Jong van het College van Bestuur van de HAN en dr. Janneke Hoekstra, directeur Faculteit Techniek, voor het gegeven vertrouwen. Daarnaast natuurlijk alle medewerkers van het
lectoraat Duurzame Energie: collega-lector Piet Sonneveld, onderzoekers Marc van der Sluijs, Rik Catau
en Paul van Kan, en de betrokken docent-onderzoekers van de opleidingen Engineering, Jeroen Veen,
Rob van Beek, Roel Jansen, Joke Westra, Herold Cremer, en Johan Brussen. Ze hebben mij met open
armen ontvangen in het team en tezamen zijn we een nieuwe weg ingeslagen als lectoraat. Wendy Pleket,
die alle processen binnen en rondom het lectoraat soepel ondersteunt en in juiste banen leidt. Herman
Janssen, Aart-Jan de Graaf, Bram Veenhuizen, Tinus Hammink, ook jullie wil ik bedanken voor de wijze
lessen, vele overleggen en samenwerking op diverse vlakken. De eerste successen zijn zichtbaar, nieuwe
projecten worden in gang gezet. Ook mede dankzij de mensen van het subsidiebureau, Eva Verhoeven,
Ivo Schrijer en Jan Scholten. En natuurlijk alle andere collega’s her en der binnen de HAN met wie ik te
33
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
maken heb gehad en die ik vast nog vaak nodig zal hebben: de collega-lectoren, de docenten, de ondersteuning, financiën en project-control, en het Service Bedrijf.
Daarnaast natuurlijk mijn familie en vrienden. Mijn ouders, die aan de basis van dit verhaal stonden. Maar
met name mijn dochters, Yasmin en Luisa Fernanda, die altijd een motivatie zijn geweest om door te gaan.
Ik hoop alle verwachtingen waar te kunnen maken. Ik ga er vanuit dat we als lectoraat onze missie kunnen
waarmaken en inderdaad die vanzelfsprekende partner worden die vernieuwende, integrale en haalbare
oplossingen aanlevert binnen de transitie naar duurzame energie vanuit een samenwerking met onderwijs
en bedrijfsleven. Ik hoop op deze manier als lector Duurzame Energie mijn steentje bij te kunnen dragen
aan een duurzamere toekomst.
Iedereen die aanwezig is of die dit later leest, bedankt voor jullie aandacht voor het Lectoraat Duurzame
Energie van de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen.
Medewerkers van het Lectoraat Duurzame Energie (december 2016)
34
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
8
BRONNEN
Inleiding
CO2 emissions from fuel combustion – Highlights, OECD/IEA report (2016).
Een duurzame brandstofvisie met LEF, Ministerie van Infrastructuur en Milieu (2014).
Energieakkoord voor duurzame groei, Sociaal-Economische Raad (2013).
Eurostat Greenhouse gas emission statistics, http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.
php/Greenhouse_gas_emission_statistics (maart 2017).
Eurostat Renewable Energy Statistics, http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/
Renewable_energy_statistics (maart 2017).
Key world energy statistics, OECD/IEA (2016).
Renewable energy in Europe 2016: recent growth and knock-on effects, European Environmental Agency, 4/2016, ISSN 1977-8449 (2016).
World energy outlook 2016, OECD/IEA (2016).
Energiegeschiedenis
An illustrated history of energy, http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/timeline-en
ergy-history.htm (feb 2017).
Energy historical timeline, http://matse1.matse.illinois.edu/energy/time.html (feb 2017).
Global Energy Statistical Yearbook, https://yearbook.enerdata.net/energy-consumption-data.html#re
newable-in-electricity-production-share-by-region.html (maart 2017).
Historical perspectives of energy consumption, https://www.wou.edu/las/physci/GS361/
electricity%20generation/HistoricalPerspectives.htm (feb 2017).
History of U.S. Wind Energy, https://energy.gov/eere/wind/history-us-wind-energy (maart 2017).
Outline history of nuclear energy, http://www.world-nuclear.org/information-library/current-and
future-generation/outline-history-of-nuclear-energy.aspx (maart 2017).
The history of solar, https://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/solar_timeline.pdf (maart 2017).
U.S. Energy Information Administration: Annual energy review, http://www.eia.doe.gov/emeu/aer/
eh/intro.html (feb 2017).
35
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Waterstoftechnologie
P. Achterberg, ‘The changing face of public support for hydrogen technology explaining declining
support among the Dutch (2008-2013)’, Int. J. Hydrogen Energy, 39 (2014) 18711-18717.
P. Agnolucci et al., ‘The importance of economies of scale, transport costs and demand patterns in
optimising hydrogen fuelling infrastructure: An exploration with SHIPMod’, Int. J. Hydrogen Energy, 38 (2013) 11189-11201.
J. Andrews, B. Shabani, ‘Where does hydrogen fit in a sustainable energy economy’, Procedia
Engineering, 49 (2012) 15-25.
J.H. Ausubel, ‘Decarbonization, the next 100 years’, https://phe.rockefeller.edu/
AustinDecarbonization/ (2003).
DoE Hydrogen Analysis resource center; http://hydrogen.pnl.gov (maart 2017).
Fuel cell origins 1880-1965, http://americanhistory.si.edu/fuelcells/origins/origins2.htm (maart 2017).
Fuel cell history, http://www.fuelcelltoday.com/history (maart 2017).
H 2-Mobility:, http://h2-mobility.de/en/ (maart 2017).
W.C. Leighty, J.H. Holbrook, ‘Alternatives to electricity for transmission, firming storage and supply
integration for diverse stranded renewable energy sources: gaseous hydrogen and anhydrous
ammonia fuels via underground pipelines’, Energy Procedia, 29 (2012) 332-346.
W. McDowall, ‘Possible hydrogen transitions in the UK: critical uncertainties and possible decision
points’, Energy Procedia, 29 (2012) 409-420.
RH 2 network, http://en.rh2.org/rh2_info/chapter1/ (maart 2017).
Technology Roadmap: Hydrogen and Fuel Cells, International Energy Agency/OECD, (2015).
Timeline of hydrogen techologies, https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_hydrogen_technologies
(maart 2017).
M.R. de Valladares, J.K. Jensen, ‘IEA research and analysis that enable H 2 energy solutions’, Energy
Procedia, 29 (2012) 128-137.
Internationaal onderzoek
Fuel cells work, ‘ENE-FARM installed 120,000 residential fuel cell units’, https://fuelcellsworks.com/
archives/2015/09/23/ene-farm-installed-120000-residential-fuel-cell-units/ (2015).
C. Harms, K. Nurnberg, T. Jungmann, F. Kohrmann en A. Dyck, ‘Variability and comparability of
testing procedures for PEMFC stacks and modules regarding performance aspects’, Int. J.
Hydrogen Energy, 42 (2017) 1776-1782.
36
D E R O L VA N WAT ER S TO F B IN N EN D E D U U R Z A M E EN ER G IE T R A N S I T IE
C. Harms, F. Köhrmann en A. Dyck, ‘Study of the influence of key test parameters on the performance
of a PEMFC stack’, Solid State Ionics, 275 (2015) 75-79.
A. Jo, K. Oh, J. Lee, D. Han, D. Kim, J. Kim, B. Kim, J. Kim, D. Park, M. Kim, Y.-J. Sohn, D. Kim,
H. Kim en H. Ju, ’Modeling and analysis of a 5 kWe HT-PEMFC system for residential heat and
power generation’, Int. J. Hydrogen Energy, 42 (2017) 1698-1714.
J. Kast, R. Vijayagopal, J. J. G. Jr. en J. Marcinkoski, ‘Clean commercial transportation: Medium and
heavy duty fuel cell electric trucks’, Int. J. Hydrogen Energy, in press (2017) 1-10.
Y. Li, D. Chen, M. Liu en R. Wang, ‘Life cycle cost and sensitivity analysis of a hydrogen system using
low-price electricity in China’, Int. J. Hydrogen Energy, 42 (2017) 1899-1911.
M. Liukkonen, A. Lajunen en J. Suomela, ‘Feasibility study of fuel cell-hybrid powertrains in non-road
mobile machineries’, Automation in Construction, 35 (2013) 296-305.
F. Migliardini, T. D. Palma, M. Gaele en P. Corbo, ‘Hydrogen purge and reactant feeding strategies in
self-humidified PEM fuel cell systems’, Int. J. Hydrogen Energy, 42 (2017) 1758-1765.
NREL National Fuel Cell Evaluation Centre, ‘Stationary fuel cell systems analysis’, http://www.nrel.
gov/hydrogen/facilities_nfctec.html (2015).
M. F. Serincan, ‘Reliability considerations of a fuel cell backup power system for telecom applications’,
J. Power Sources, 309 (2016) 66-75.
T. S. Uyar en D. Besikci, ‘Integration of hydrogen energy systems into renewable energy systems for
better design of 100% renewable energy communities’, Int. J. Hydrogen Energy, 42 (2017) 2453
2456.
Y.-X. Wang, K. Ou en Y.-B. Kim, ‘Modeling and experimental validation of hybrid proton exchange
membrane fuel cell/battery system for power management control’, Int. J. Hydrogen Energy, 40
(2015) 11713-11721.
37
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Fotoverantwoording
Foto omslag
: detail uit schilderij van Hans H. Smit
Foto pagina 7 : Alamy stockphoto
Foto pagina 8 : https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2945250
Foto pagina 16 : Alamy stockphoto
Foto pagina 17 : https://en.wikipedia.org/wiki/Jacques_Charles#/media/File:Jacques_Charles_
Luftschiff.jpg
Foto pagina 19 : http://www.fuelcell.no/grove_cell.gif
Foto pagina 20 : http://www.nedstack.com.
Foto pagina 21 : https://en.wikipedia.org/wiki/Toyota_Mirai
Foto pagina 34 : © Thoe Glencoe
38
L EC TO R A AT | DUUR Z A M E E N E R G I E
Investeren in duurzame energie
Nederland staat voor een enorme uitdaging. Op dit moment wordt ongeveer 5% van onze energie
duurzaam opgewekt. In 2020 moet dat 14% zijn. In 2050 zal vrijwel de volledige energievoorziening
duurzaam zijn en de uitstoot van broeikasgassen is dan ten minste 80% minder ten opzichte van
1990. Na een trage start wordt er nu volop geïnvesteerd in windparken op zee en zonne-energie
om duurzaam energie op te wekken. De beschikbaarheid van zon en wind fluctueert echter over
de dag en over het jaar.
Tijdelijke opslag van energie
Tegelijkertijd wordt aardgas uitgefaseerd en stappen we langzaam over op elektrisch verwarmen,
wat met name in de winter een grote toename in de elektriciteitsvraag zal veroorzaken. Dit
betekent dat er van dag tot dag én over de seizoenen een onbalans in de energievoorziening
kan ontstaan waar vraag en aanbod niet langer op elkaar afgestemd zijn. Opslag van energie
biedt dan een oplossing.
Duurzame energie-toekomst met waterstoftechnologie
Waterstoftechnologie draait om het opwekken van schone elektrische energie uit waterstof.
Hiertoe moet wel eerst de waterstof schoon geproduceerd worden. Dit kan beschouwd worden
als een vorm van energieopslag. Waterstoftechnologie heeft, net als onze energietransitie, ook
een trage start doorgemaakt. De eerste principes stammen uit de 19e eeuw, de eerste serieuze
toepassing was in de ruimtevaart in de jaren 60 en pas nu begint de technologie een commerciële
fase te bereiken.
Op dit moment rijden de eerste commerciële brandstofcel-elektrische auto’s rond in Nederland die
waterstof als brandstof gebruiken. Het volwassen worden van de waterstoftechnologie gelijktijdig
met de nieuwe noodzaak tot grootschalige energieopslag biedt nieuwe kansen.
In de installatierede van dr. Mascha Smit wordt vanuit de energie- en waterstofgeschiedenis een
scenario geschetst voor een duurzame energie-toekomst met waterstof.
Lector
Dr. Mascha Smit is HAN-lector Duurzame Energie en richt zich op toegepast
onderzoek naar oplossingen binnen de duurzame energietransitie, in nauwe
samenwerking met zowel het onderwijs als het bedrijfsleven.