Onze woningen verwarmen met waterstof?

Geschatte leestijd: 7 minuten

Het is dan misschien nog niet zo ver maar als we van het aardgas af gaan, wat moeten we dan? Hoe houden we in de toekomst onze woningen warm en comfortabel? Om deze vraag te beantwoorden duikt GreenHome de komende tijd in de zogenaamde ‘warmte-infrastructuur’ van de toekomst. Er zijn namelijk meerdere alternatieven mogelijk om onze wijken en buurten te gaan verwarmen. Waarbij elk alternatief zijn eigen voor- en nadelen heeft. In de komende weken zoomen we in op de alternatieven voor aardgas om onze woningen te verwarmen. De belangrijkste 3 opties zijn: (1) all electric (2) warmtenetten en (3) groene gassen (o.a. waterstof). In deze blog trappen we af met: waterstof.

Waterstof in de media

Het zal je niet ontgaan zijn: waterstof is hip en happening en de laatste tijd veel in het nieuws. En als we kijken naar de zoekresultaten op Google op de zoekterm “waterstof” zien we een sterke stijging in het laatste jaar met 2 opvallende pieken in december 2018 en februari 2019. Niet geheel toevallig ontving minister Wiebes eind december het eerste concept klimaatakkoord. Daarin wordt het woord waterstof wel 124 keer wordt genoemd. In februari van dit jaar bracht de uitzending van VPRO Tegenlicht “Deltaplan: Waterstof” en de lancering van een prototype waterstofketel door Remeha waterstof verder onder de aandacht bij het Nederlandse publiek. Is waterstof misschien wel het nieuwe aardgas? En welke rol gaat waterstof spelen in de toekomst van de gebouwde omgeving?

Wat is waterstof?

Allereerst, wat is waterstof nou eigenlijk? Waterstof is het kleinste atoom dat er bestaat en vormt als paar het molecuul waterstof (H2) dat onder normale omstandigheden gasvorming is. Het is reukloos, kleurloos, licht en brandbaar. Als waterstofgas verbrandt komt er veel energie vrij en ontstaat er enkel water als verbrandingsproduct. Dat maakt dit gas zo interessant. Er vindt namelijk geen uitstoot van broeikasgassen plaats en vormt daarom een mogelijk duurzaam alternatief voor aardgas. In de vergelijking met aardgas zijn er echter nog wel meer verschillen waarbij de belangrijkste is dat waterstof niet vrij voorkomt in de natuur. Waterstof is in tegenstelling tot aardgas dus geen energiebron, maar valt onder de term energiedragers. Waterstofgas moet namelijk eerst geproduceerd worden en dit vergt energie en grondstoffen.

Is waterstof gevaarlijk?

Waterstof is bij normale druk en temperatuur een kleurloos, reukloos, zeer licht gas. De claim dat waterstof gevaarlijk is, is volgens professor Ad van Wijk onterecht. ,,Waterstof is vergelijkbaar met aardgas. Beiden zijn goed brandbaar. Maar met waterstof gebeuren juist minder ongelukken, omdat het bij verbranding geen giftig koolmonoxide vormt. Bovendien is het zo licht en vluchtig dat het bij een lek sneller door kiertjes uit je huis ontsnapt.’’

Dat waterstof geurloos is, maakt het wel lastig om een lek vast te stellen. Daarom zal er in de toekomst aan het waterstof in onze leidingen een herkenbare geurstof toegevoegd moeten worden worden zodat het makkelijk te herkennen is voor mensen op het moment dat dit gas weglekt. Zo werkt het op dit moment ook met aardgas, wat van nature ook reukloos is.

Grijze, blauwe en groene waterstof

Voor de productie van waterstof zijn er verschillende methoden. De belangrijkste processen zijn “stoomhervormen” van aardgas en “elektrolyse” van water. Bij “stoomhervormen” is de grondstof aardgas en bij dit proces komt dan ook CO2 vrij. Dit noemen we grijze waterstof, en deze methode levert geen directe klimaatwinst op. Op het moment dat je bij dit proces de CO2 zou opvangen en opslaan komt deze niet in de atmosfeer vrij en in dat geval is het proces wel klimaat-neutraal. De geproduceerde waterstof noemen we dan blauwe waterstof.

Het meest interessant is echter om “elektrolyse” van water toe te passen. Waterstof ontstaat dan als water (H2O) gesplitst wordt in zuurstofgas (O2) en in waterstofgas (H2). Voor die splitsing is wel energie nodig in de vorm van elektriciteit. Als de benodigde elektriciteit voor dit proces uit hernieuwbare bronnen komt (zoals wind- of zonne-energie), praten we over groene waterstof.

Of waterstof duurzaam is hangt dus geheel van het productieproces af. Daarna speelt natuurlijk ook nog de vraag waar gaan we de geproduceerde waterstof voor gebruiken. Waterstof is namelijk zowel geschikt voor toepassingen in de industriesector, de transportsector als ook voor de gebouwde omgeving. In deze blog zoomen we in op de toepassing van waterstof in de gebouwde omgeving.

Waterstof handig voor de gebouwde omgeving?

Het zou natuurlijk ideaal zijn als we het Groningse aardgas in de toekomst gewoon zouden kunnen vervangen voor waterstof. Waarbij onze woningen via de bestaande gasleidingen worden voorzien van waterstof en we gewoon met de vertrouwde cv-ketel ons huis kunnen verwarmen. Helaas is dit niet zomaar mogelijk, omdat waterstof en aardgas te veel van elkaar verschillen. Maar technisch gezien kan het wel, blijkt uit een recent onderzoek van Kiwa en Netbeheer Nederland:

“Met de juiste maatregelen kan het bestaande gasnetwerk prima ingezet worden om duurzame gassen zoals (100%) waterstof […] te distribueren.”

Onderzoeksrapport: Toekomstbestendige gasdistributienetten, Kiwa & Netbeheer Nederland, juli 2018

De aanpassingen aan de huidige gasinfrastructuur zouden beperkt zijn en voornamelijk te maken hebben met het meten van de hoeveelheid geleverd gas. Dit komt omdat waterstof lichter is en makkelijker vervliegt dan aardgas. Hierdoor zullen er grotere volume door het gasnetwerk stromen en de pompen en meetapparatuur zullen hierop aangepast moeten worden. De kosten voor deze omschakeling zouden kunnen oplopen tot 700 miljoen euro maar zijn volgens het onderzoek “beperkt ten opzichte van de verwachte aanpassingskosten van de toestellen bij de eindgebruikers”.

Dit komt omdat onze huidige (HR)-ketels niet geschikt zijn voor het verbranden van waterstof. Als we over willen stappen op waterstof zal elke woning een waterstof-ketel moeten krijgen. Dit toekomstige type ketel, waar Remeha nu wel al een prototype voor heeft ontwikkeld, heeft aangepaste branders die geschikt zijn voor het verbranden van waterstof.

Waarom waterstof als alternatief voor aardgas?

  • Waterstof is in principe een schone brandstof. Bij de verbranding komt enkel puur water vrij. We kunnen waterstof maken via zogenaamde ‘elektrolyse’ waarbij we met behulp van (groene) stroom water (H2O) splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Natuurlijk geldt dat de waterstof alleen ‘duurzaam’ te noemen is als we die ook produceren met 100% groene stroom. 
  • Waterstof kan fungeren als ‘opslagmiddel’ voor energie. Op dagen dat windmolens en/of zonnepanelen veel elektriciteit produceren kunnen we dit tijdelijk opslaan in waterstof. Op momenten van stroomschaarste kunnen we dit dan benutten.
  • Het huidige aardgasnetwerk zou – met enige aanpassingen – behouden kunnen blijven. Onze CV-ketels zouden met enkele aanpassingen ook kunnen werken op waterstof (Je moet hiervoor wel een nieuwe ketel aanschaffen).
  • Waterstof kan uitkomst bieden voor woningen die lastig met warmtepompen en lage temperaturen verwarmd kunnen worden (omdat de woningen niet eenvoudig geïsoleerd kunnen worden) en ook niet in de buurt van een warmtenet liggen. 

Waarom geen waterstof als alternatief voor aardgas?

  • Elektrisch verwarmen met een elektrische warmtepomp is vele malen (Factor 4) efficiënter qua energieverbruik.
  • Waterstof is alleen groen wanneer ook de productie van waterstof groen is (lees op basis van 100 % groene stroom).
  • Als woningen niet geïsoleerd hoeven te worden betekent dit echter ook automatisch dat de vraag naar energie voor verwarmen hoog zal blijven. Deze energie moet ergens vandaan komen. Willen we onze huizen duurzaam verwarmen betekend dit dat er (veel) meer geïnvesteerd moet worden in de productie van groene stroom.
  • Het is maar de vraag of er voldoende waterstof beschikbaar zal zijn voor de gebouwde omgeving aangezien er concurrentie zal ontstaan met andere sectoren, zoals de industrie- en transportsector, die in de toekomst ook een toenemende vraag naar waterstof zullen hebben.
  • Onderhoud van meerdere infrastructuren om ruim 7 miljoen woningen in Nederland te koppelen aan elektriciteit, warmte én waterstofgas.
  • Waterstof is niet geschikt om op te koken (Bij het verbranden van waterstof is er namelijk geen zichtbare vlam en dit kan tot gevaarlijke situaties leiden).

Waterstof vs Warmtepomp: Efficiëntie

Hoe efficiënt is het eigenlijk om onze huizen te verwarmen met waterstof? En hoe verhoudt zich dit tot het verwarmen met een warmtepomp?

Om deze vragen te kunnen beantwoorden zullen we de hele energie-keten, van de bron tot de woning, van beide technieken met elkaar moeten vergelijken. Bij elke stap in de keten gaat er namelijk (bruikbare) energie verloren.

Energie-keten van groene waterstof

De energieketen van groene waterstof begint bij de bron: groene stroom. Deze groene stroom zal vervolgens van het wind- of zonnepark door stroomleidingen getransporteerd worden richten de waterstofcentrale. Hierbij gaat ongeveer 2 % aan rendement verloren.

De grootste verliezen zitten echter in de productie van waterstof, de efficiëntie van het meest gebruikte elektrolyse proces (PEM-elektrolyse) ligt ongeveer rond de 75 %.

Daarna zal de geproduceerde waterstof eerst gecomprimeerd moeten worden voordat het door de huidige gasleiding kan stromen, dit levert een verlies op van ongeveer 7%. Het transport door de gasleidingen naar de woning gebeurd vervolgens ook weer met ongeveer 2 % rendementsverlies.

Eenmaal in de woning aangekomen zal de waterstof in de ketel verbrand worden en zal de warmte gebruikt worden om de woning te verwarmen. Een deel van de warmte gaat echter via de rookgasafvoer verloren. Hoeveel dit is, is nog niet helemaal duidelijk aangezien waterstof-ketels nog niet op de markt zijn. Laten we voor de eenvoud dus even aannemen dat dit proces met 100% efficiëntie verloopt (waarschijnlijk is echter dat dit in de praktijk rond de 90 % ligt).

In totaal, over de hele keten, komt de efficiëntie dan uit op ongeveer 67 %.

Energie-keten van een lucht-water warmtepomp

Ook bij de lucht-water warmtepomp gaan we er allereerst van uit dat onze bron uit hernieuwbare elektriciteit bestaat. De eerste verliezen zijn dan 2 % efficiëntie verlies door de transport van elektriciteit op hoogspanningsniveau.

Daarna moet de elektriciteit – waar een warmtepomp op draait – ook nog naar de woning getransporteerd worden. Dit gaat deels via het lage- en middenspanningsnet met een rendementsverlies van ongeveer 5 %.

Daarna gebruikt de warmtepomp de via het net geleverde elektriciteit om de warmte uit de buitenlucht te halen en hiermee de woning te verwarmen. Dit efficiëntie van dit proces is heel hoog en wordt aangegeven door de SCOP waarde. Hoe hoog deze waarde is is wel erg afhankelijk van de woning, maar hierover later meer. Voor een goed geïnstalleerde warmtepomp kunnen we wel uitgaan van een SCOP van minimaal 3,0.

Dit levert een minimale efficiëntie over de gehele keten van 280 % voor de lucht-water warmtepomp. Het verwarmen van een woning met een warmtepomp is hiermee een factor 4 efficiënter dan het verwarmen van dezelfde woning op basis van waterstofgas.

De vergelijking van de efficiënties laat natuurlijk alleen zien dat de warmtepomp in het verbruik veel gunstiger is. Of het financieel beter is om een woning met een warmtepomp te verwarmen vergeleken met een waterstof-ketel is een heel andere vraag. Dit is heel erg afhankelijk van de woning, waarbij het belangrijk is om te weten dat een warmtepomp alleen zijn hoge efficiëntie haalt als de woning voldoende is geïsoleerd en lage-temperatuur verwarming heeft (hierover meer in de aankomende blog “All-electric” infrastructuur). Het bovenstaande rekenvoorbeeld toont dus vooral aan, dat als een woning geschikt is voor een warmtepomp deze veel efficiënter verwarmd kan worden met een warmtepomp dan met een waterstof-ketel.

Conclusie: gaan we in de toekomst onze woningen verwarmen met waterstof?

Er is niet 1 gouden recept voor het verwarmen van onze woningen in de toekomst zonder aardgas. De warmtepomp is op dit moment de meeste efficiënte manier van verwarmen maar vraagt soms – zeker in het geval van oude woningen – een (te) hoge investering. Het meest waarschijnlijk is dan ook dat er meerdere manieren komen waarop we onze woningen gaan verwarmen. Zo zullen sommige wijken volledig elektrisch worden verwarmd met warmtepompen en worden andere wijken aangesloten op een warmtenet. Ook zullen sommige woningen gebruik maken van een groen/bio-gas. De mogelijkheid bestaat dat dit groene gas (deels) waterstof wordt. Waterstof is één van de alternatieven voor het verwarmen van onze woningen op aardgas. Het lijkt echter voorlopig niet haalbaar of wenselijk om al onze woningen met waterstof te verwarmen. Aangezien er voor de productie van al deze (groene) waterstof niet voldoende capaciteit aan (hernieuwbare) elektriciteit zal zijn. Het lijkt daarmee waarschijnlijker dat we waterstof vooral gaan inzetten daar waar weinig andere alternatieven zijn.

Uiterlijk in 2021 moeten alle gemeenten in Nederland een plan klaar hebben hoe de toekomstige warmte-infrastructuur er per wijk in hun gemeente uit komt te zien. Dat is dus het moment dat je weet hoe de woningen in jouw buurt/wijk in de toekomst verwarmd zullen gaan worden. Tot die tijd is het sowieso de moeite waard om te kijken of het loont je woning nog beter te isoleren. Want of je woning nu op waterstof of op elektriciteit verwarmd wordt, alle energie die je kunt besparen is mooi meegenomen. Zowel voor het milieu als voor je portemonnee.

Wil jij ook energie besparen?

GreenHome is gestart vanuit de constatering dat Nederland langzaam verduurzaamt. Te langzaam, terwijl er volop kansen zijn om het beter te doen. Ontdek hoe GreenHome jou kan helpen om je woning te verduurzamen.

Meer informatie

 

Lees ook:

Nog geen reacties

Laat een reactie achter