Verduurzaming Groene waterstof is onmisbaar voor de verduurzaming van Nederland. Maar een helemaal nieuwe energiedrager introduceren is een gigaklus en de afgelopen jaren mislukten veel projecten. Nu gloort er hoop: de eerste fabrieken om waterstof te maken zijn in aanbouw.
Het Hydro Hub Test Centre bij de Hanzehogeschool Groningen: een onderzoeksfaciliteit met industriële apparatuur voor het optimaliseren van de productie van groene waterstof.
„Zie je hoe dik deze kabels zijn?” Jan-Jaap Aué, lector waterstoftoepassingen aan de Hanzehogeschool in Groningen, wijst naar het punt waar twee kabels een witte zeecontainer in gaan waar een elektrolyzer in zit, een kleine waterstoffabriek. „En zie je dat buisje van roestvast staal? Daar gaat de waterstof door weg. Die is bijna teleurstellend dun als je hem naast alle andere leidingen op ons terrein ziet.”
Het is inderdaad even zoeken, tussen de vrolijk gekleurde leidingen voor onder meer koud en warm water, stroom en ‘gewoon’ gas die energieproeftuin Entrance op de Zernikecampus in Groningen doorkruisen. „Maar die kabels en leidingen vertellen wel meteen een groot deel van het verhaal waarom waterstof zo handig is.”
Er zit heel veel energie in een klein beetje waterstof, wil Aué maar zeggen. Energie kan ook prima door bijvoorbeeld elektriciteitskabels lopen, maar grootverbruikers hebben dan vreselijk dikke kabels nodig. Alles elektrificeren is onhaalbaar in Nederland, dat nu al tegen de grenzen van de elektriciteitsinfrastructuur aanloopt.
Nee, dan waterstof, het duizenddingendoekje van de CO2-vrije wereld. In de vorm van waterstof is energie niet alleen handig te transporteren, waterstof is ook langdurig op te slaan, het kan in de industrie aardgas vervangen als zowel brandstof als grondstof en het is nodig om windparken op zee rendabel te krijgen – tijdens winderige periodes met overproductie kunnen de megaturbines doordraaien om waterstof te maken, anders zouden ze regelmatig moeten stilstaan.
Waterstof is een „noodzakelijke schakel” in een duurzaam energiesysteem en heeft een „belangrijke systeemrol” te vervullen, zo is te lezen in het in 2019 verschenen nationale klimaatakkoord en de daarna verschenen kabinetsvisie waterstof. Niet alleen Nederland ziet waterstof als „onmisbaar” voor een duurzame toekomst, hetzelfde staat in talloze internationale rapporten en onderzoeken.
Maar een volkomen nieuwe energiedrager introduceren is een gigaklus. De hele keten van vraag, aanbod, opslag en infrastructuur moest nog bedacht en ingericht – en betaald – worden. Dat zal decennia in beslag nemen, schreef het kabinet in 2019 dan ook. De ambitie was niettemin om in 2030 drie tot vier gigawatt aan elektrolysevermogen te hebben staan.
Nu, enige jaren later, zijn een handvol toonaangevende projecten eindelijk uit de startblokken. Shell is bijna klaar met de bouw van een grote waterstoffabriek op de Maasvlakte. De Franse gasleverancier Air Liquide en TotalEnergies bouwen er ook een en RWE heeft vergevorderde plannen voor vergelijkbare fabrieken. Deze week heeft Koning Willem-Alexander het eerste stukje van het transportleidingennet officieel geopend en ook de eerste stappen om ondergrondse opslag in te richten zijn gezet.
Niet voor niets zijn de grote projecten die nu vorm krijgen van bedrijven met diepe zakken die breed actief zijn of van staatsbedrijven. Het gas mag dan over een tijdje ‘onmisbaar’ zijn, op dit moment zijn waterstofprojecten niet vanzelfsprekend succesvol. Veel waterstofprojecten sneuvelden de laatste jaren. Op de World Hydrogen Summit in Rotterdam was de stemming vorig jaar ronduit pessimistisch. Deze week vindt de conferentie weer plaats in Rotterdam, en de sfeer lijkt verbeterd.
„Ik kan nu wel zeggen dat ook wij vrij naïef zijn begonnen”, zegt Jan-Jaap Aué, over het project op de campus in Groningen, het Hydro Hub Test Centre.
De realiteit waar veel projecten mee te maken kregen is er een van grote investeringen en een onzekere toekomst. Elk deel van de keten is voor zijn bestaan afhankelijk van andere delen die nog in ontwikkeling zijn – zonder transportleiding heb je bijvoorbeeld weinig aan een waterstoffabriek – en uitvoering van projecten duurt vaak jaren. Daar komt nog bij dat veel regelgeving nog in beweging is. En mogelijke grootverbruikers van waterstof durven zich nog altijd niet te committeren aan het afnemen van relatief dure groene waterstof.
Het gevolg: marktfalen. De markt krijgt de omslag naar waterstof op eigen houtje niet voor elkaar. De blik is daarom meer gericht geraakt op de overheid; die moet zekerheid bieden dat investeringen het waard gaan zijn. Dat ziet de overheid ook. Bedrijven hadden het liever eerder gezien, maar dit jaar wordt dan toch een aantal belangrijke besluiten genomen, er komt onder meer duidelijkheid over tarieven voor het gebruik van infrastructuur. De ambitie van drie tot vier gigawatt productievermogen in 2030 is ondertussen vooruitgeschoven naar 2035.
„Ik kan nu wel zeggen dat ook wij vrij naïef zijn begonnen”, zegt Aué, over het project op de campus in Groningen, het Hydro Hub Test Centre. „De techniek van elektrolyse bestaat al honderd jaar. Wij dachten: we gaan een elektrolyzer bouwen en na twee jaar zijn we dan wel zover dat we experimenten kunnen gaan doen en mensen kunnen gaan opleiden tot operator van een waterstoffabriek. Het is inmiddels zes jaar geleden dat we begonnen, de uiteindelijke oplevering is pas net achter de rug.”
De stap naar industriële schaal blijkt een grote. „We zijn uit de tijd gelopen, uit het geld gelopen”, zegt Aué. „Maar het waren leerzame jaren. We werken in dit project samen met HyCC, Shell, Yara, Nobian, Yokogawa, ISPT, TNO en de Rijksuniversiteit Groningen en iedereen is er nog bij. We hebben hier apparatuur die ook in fabrieken gebruikt wordt, maar wel op kleine schaal. Je kunt beter hier leren, waar aanpassingen nog relatief eenvoudig en goedkoop zijn, dan in een grote, dure fabriek.”
Het maken van groene waterstof gebeurt in een elektrochemisch proces. De elektrolyzer splitst met behulp van hernieuwbare elektriciteit watermoleculen (H2O) in waterstof (H2) en zuurstof (O). Dat maakt waterstof geen energiebron, maar een energiedrager. Schrijf dit verkeerd op in NRC en er komen geheid brieven van lezers richting redactie. Het is dan ook een fundamenteel verschil: waar aardgas (wel energiebron) uit de grond wordt gehaald om direct te verbranden, moet waterstof eerst gemaakt worden door er energie in te steken – hernieuwbare elektriciteit dus in dit geval.
Als het over waterstof gaat dan bedoelen veel mensen groene waterstof. Waterstof wordt ook nu al op veel plekken in de industrie volop gebruikt, maar dat is voornamelijk zogenaamde grijze waterstof. Dat wordt gemaakt door aardgasmoleculen (CH4) te splitsen met behulp van hete stoom. Het klimaat schiet met grijze waterstof niks op, omdat in dat productieproces CO2 vrijkomt. Tenzij je die CO2 afvangt en ondergronds opslaat, dan heet het ineens blauwe waterstof – een mooiere kleur want minder vervuilend, maar toch echt iets anders dan groen.
Groene waterstof op industriële schaal produceren gebeurt nog vrijwel nergens. Wie met waterstof aan de slag wil moet dus een steile leercurve door en daar willen de onderzoekers in Groningen aan bijdragen. Voor het Hydro Hub Test Centre begon het leren al bij de vraag: waar koop je een elektrolyzer? „We hebben hem in China laten maken, volgens Europese specificaties”, vertelt Aué. „Maar de Chinese interpretatie van Europese standaarden was niet helemaal dezelfde als die van ons. Over sommige gebruikte materialen dachten zij bijvoorbeeld anders, dat wilden we dan weer aangepast hebben.”
Een ander groot punt: veiligheid. Waterstof is zeer explosief, het gas moet goed gescheiden blijven van zuurstof. Dat is op kleine schaal al belangrijk, maar in een grote fabriek al helemaal. „Veiligheid is niet-onderhandelbaar, daar is iedereen het over eens”, zegt Aué. „Toch betekent ‘veilig’ voor iedereen iets anders. De een wil een stevige veiligheidslaag rond het apparaat zelf, met de allerbeste sensoren. De tweede wil er nog een laag omheen die eventuele gevolgen beperkt, mocht de eerste laag toch iets gemist hebben. Het maakt uit welke achtergrond een betrokken bedrijf heeft: voor een bedrijf dat ook booreilanden heeft, waar veiligheid extreem hoog in het vaandel staat, mag veiligheid bijvoorbeeld heel wat kosten. Maar in duurzame energie zijn de marges laag, dus dat is iets om af te wegen. Uiteindelijk willen we samen tot een soort blauwdruk voor veiligheid komen.”
Promovendus Felipe Ravaglio Pasquini, die een groot deel van de elektrolyzer in elkaar zette, trekt de deur van de container open. Links staat het hart van het apparaat: de stack, een achter elkaar geplaatste ‘stapel’ van elektrochemische cellen, een soort rechtopstaande ronde schijven. In zo’n cel vindt de chemische reactie plaats waarbij de watermoleculen uit elkaar getrokken worden.
Met gigantische schroeven zitten de cellen tegen elkaar aan gedrukt. De schroeven lijken niet in verhouding met de grootte van het apparaat. „Dat klopt. Onze stack heeft maar tien cellen”, zegt Ravaglio Pasquini. „In een fabriek zitten er in één stack honderden achter elkaar, vandaar die grote schroeven. Dat zou ons alleen maar extra elektriciteit kosten, terwijl we hier ook bijna alles al mee kunnen onderzoeken.”
Aan de bovenkant van de stack gaan zuurstof en waterstof via gescheiden leidingen weg, richting de rechterkant van de container, waar een ogenschijnlijke warboel heerst. Er staat een groot glimmend vat waar gas van vloeistof wordt gescheiden, met rondom talloze buizen, slangen, kleppen en hendels.
Overal hangen labeltjes, met daarop wat er door de leiding gaat of wat een slangetje doet. „De labels zijn vooral voor als we straks mensen gaan opleiden, ze helpen om de technische tekeningen te vergelijken met de daadwerkelijke installatie”, zegt Ravaglio Pasquini. Her en der is een hendel afgesloten met een hangslot. Achter die hendels zit explosiegevaar of een groot drukverschil.
Behalve kennis opdoen over hoe zo’n installatie ingericht en bediend moet worden, is ook de bedoeling dat hier uitgevogeld wordt hoe het elektrolyseproces efficiënter kan. Dat wil zeggen: hoe zo veel mogelijk waterstof gemaakt kan worden met zo min mogelijk elektriciteit.
Dat is nodig, want groene waterstof is nog steeds drie tot vijf keer duurder dan grijze waterstof, mede door de hoge kosten van groene elektriciteit. Een deel van het verhaal waarom waterstofproductie zo moeilijk van de grond komt is dat het op dit moment moet concurreren met bestaande ketens van fossiele brandstoffen.
De prijskwestie maakt ook dat sommigen zich afvragen of het überhaupt ooit rendabel wordt om in Nederland groene waterstof te produceren. Heel de wereld is bezig met waterstof, het kan ook per schip geïmporteerd worden uit landen waar productie waarschijnlijk goedkoper zal zijn. Oliestaten Saoedi-Arabië, Oman, Qatar en de Verenigde Arabische Emiraten zien zichzelf graag groot worden in waterstof. Ook India, Australië en Afrikaanse landen zoals Namibië bouwen hard aan een waterstoftoekomst.
Net als olie en gas zal waterstof een product zijn dat de hele wereld over gaat, wellicht omgezet in het nog efficiënter te transporteren ammoniak. Die wereldmarkt krijgt al enigszins vorm. Zo sloot kunstmestfabrikant Yara in 2024 al een contract met een groene-waterstofproducent in India.
Nederland sorteert ook voor op deze wereldhandel. De havens van Groningen en Rotterdam willen hubs worden waar import aan land komt, de pijpleidingen die worden aangelegd zullen uiteindelijk ook de rest van Europa bedienen.
Bij gas en olie leidt de afhankelijkheid van import de laatste jaren regelmatig tot crisis. Maar een eventuele afhankelijkheid van import van waterstof zal er heel anders uitzien, verwachten betrokkenen. Waterstof kan op zoveel plekken ter wereld gemaakt worden dat de aanvoerketens veel diverser zullen zijn. Nederland duikelt dus niet zomaar een nieuwe keten met veel afhankelijkheid in. Een deel zelf produceren is desondanks verstandig, menen beleidsmakers.
De Duitse energiereus RWE staat te trappelen om twee fabrieken voor waterstofproductie neer te zetten – een fabriek van 50 megawatt in de Eemshaven, een van 200 megawatt op de Maasvlakte. Vergunningen heeft RWE al, maar definitieve investeringsbeslissingen laten nog op zich wachten. Voor het project in de Eemshaven, Eemshydrogen, is het inmiddels de vraag of het nog zover komt.
RWE had de afgelopen jaren last van waar de hele waterstofketen mee kampt: problemen met timing en afhankelijkheden. „Neem de transportleiding”, zegt Marinus Tabak, operationeel directeur van RWE en country chair van de Nederlandse tak van RWE. „Die zou in eerste instantie in 2027 voltooid zijn. Dat werd al gauw 2030, en inmiddels is voltooiing opgeschoven naar 2032. Maar de bouw van onze fabriek dan ook maar met een paar jaar uitstellen kan niet.”
Dat komt door afspraken die RWE met subsidieverstrekkers heeft gemaakt. „In onze afspraak met het ministerie is vastgelegd dat we voor een bepaalde datum waterstof moeten gaan leveren, anders krijgen we de subsidie niet”, zegt Tabak. „Die subsidie is echt nodig, anders staat het project onder water. Maar als de waterstof niet getransporteerd kan worden naar afnemers, krijgen we de businesscase natuurlijk ook niet rond.” Uitstel bleek om juridische redenen onmogelijk.
Ook zit de Europese papieren werkelijkheid in de weg. „Wij willen ons windpark in de Eemshaven gebruiken om de elektrolyzer te voeden”, zegt Tabak. „Dat windpark staat er al lang maar we hebben het recent gerenoveerd en het vermogen opgekrikt. Volgens Europese regels mag de waterstof alleen groen heten als de elektrolyzer gevoed wordt door een nieuw windpark. Daar voldoet ons windpark nu aan, maar dan moet de elektrolyzer wel binnen drie jaar na voltooiing van het windpark gaan draaien. Anders mag het van Europa geen groene waterstof meer heten.” Ook al komt de stroom van het windpark, de waterstof geldt dan als grijs.
„Als ik dit op feesten en partijen begin uit te leggen, stopt mijn vrouw mij al na een paar zinnen”, lacht Tabak. „Zo’n Europese regel komt voort uit de vrees dat bestaande windparken ineens voor waterstof ingezet gaan worden. Dat gaat ten koste van zinvolle inzet elders. Dat begrijp ik, maar in de praktijk werkt dit de opschaling van waterstof enorm tegen.”
RWE heeft om tijd te winnen al aangeboden om samen met Groningen Seaports zelf een pijpleiding aan te leggen van de waterstoffabriek in de Eemshaven naar mogelijke gebruikers op Chemiepark Delfzijl. „Maar dan komt de volgende vraag die heel belangrijk is in het hele verhaal rond waterstof”, zegt Tabak. „Waar vinden we een afnemer voor onze groene waterstof? Raffinaderijen zijn straks verplicht om groene waterstof te gaan gebruiken, maar die zitten in Rotterdam. Bedrijven in Groningen willen de waterstof wel gebruiken, maar die kunnen het niet betalen.”
In de elektrolyzer van het Hydro Hub Test Centre worden watermoleculen omgezet in waterstof en zuurstof.
Een systeem met certificaten zou uitkomst kunnen bieden tot het moment dat de landelijke leiding in 2032 is voltooid. Een bedrijf in Groningen gaat de groene waterstof dan gebruiken, maar tegen een kunstmatig lage prijs. Het verschil wordt afgekocht door de raffinaderij in Rotterdam, die dan vooralsnog alleen op papier groene waterstof gebruikt. Netto evenveel resultaat voor het klimaat.
„Iedereen leek dit een goed idee”, zegt Tabak. „Ook het ministerie wil echt wel meedenken. Maar dit moet voor heel Europa geregeld worden, het bleek niet meer mogelijk om het voor elkaar te krijgen voordat de verplichting voor raffinaderijen ingaat. Er wordt nu gekeken of het wel gaat lukken voor een verplichting voor het gebruik van groene waterstof voor andere industrie, die later ingaat.”
Voor de zomer moet Tabak definitief een beslissing nemen over zijn waterstoffabriek in de Eemshaven. Hij klinkt er niet erg optimistisch over. „Het moet wel heel goed lopen ineens wil het nog gaan lukken.”
Shell lukt het ondertussen wel. Op de Maasvlakte staat Shells groene-waterstoffabriek volop in de steigers. Holland Hydrogen I wordt een elektrolysefabriek met 200 megawatt vermogen bestaande uit tien elektrolyzers. Vanaf 2027 is de bedoeling dat er zo’n 60.000 kilo groene waterstof per dag geproduceerd wordt. Over de kosten van de fabriek doet het bedrijf geen officiële uitspraken, naar schatting liggen die rond een miljard euro.
Shell liep net als RWE tegen heel wat problemen aan de afgelopen jaren. Maar er is een cruciaal verschil: het bedrijf heeft zelf bijna alle onderdelen van de waterstofketen in handen. De stroom voor de fabriek komt van windpark Hollandse Kust Noord, waarvan Shell deels eigenaar is. En Shell is ook zelf de afnemer van de fabriek: de waterstof zal in de raffinaderij in Pernis gebruikt worden.
„Wij hebben alles in eigen hand moeten houden omdat er verder nog echt geen markt voor groene waterstof is”, zegt Frans Everts, topman van Shell in Nederland. „Dat we dit juist nu kunnen doen hangt samen met de nieuwe Europese regels waardoor wij verplicht zijn in onze raffinaderijen een deel groene waterstof te gebruiken.”
In 2020 zijn de eerste schetsen voor de fabriek gemaakt. „We hebben in de tussentijd nog behoorlijk wat buikpijn van gehad, doordat de kaders van de regeling leken te veranderen en daarmee de waarde die aan de groene waterstof hangt”, zegt Everts.
De elektrolyzer op het terrein van de Hanzehogeschool in Groningen is bedoeld voor onderzoek en het opleiden van mensen die in een waterstoffabriek willen werken.
Het was een periode met veel discussies met en tussen ministeries, vertelt Everts. „Elke keer introduceerde dat weer nieuwe onzekerheid. Met elk punt gingen er weer maanden overheen.”
Is het niet ook wat hoort bij pionieren, samen uitvinden wat de beste aanpak is? „Natuurlijk”, zegt Everts. „Maar we nemen hier wel het voortouw, inclusief een groot financieel risico. Dat moet niet afgestraft worden door halverwege het spel de regels te veranderen.”
De volgende fase is vooral technisch spannend. „Ik ken wereldwijd geen ander project voor waterstofproductie op deze schaal”, zegt Everts. „We gaan de tien elektrolyzers binnenkort testen, eerst apart en dan samen. We moeten echt nog ervaren hoe apparatuur van dit vermogen in serie gaat produceren, eerder is dit alleen op kleinere schaal gedaan en dat is echt iets heel anders. We weten ook nog niet hoe flexibel ze precies zijn, hoe ze zich gedragen als ze gevoed worden door windenergie.”
Op de Maasvlakte is terrein beschikbaar om eventueel een Holland Hydrogen II te bouwen. Daarvoor is het nu nog te vroeg, stelt Everts. „We willen eerst Holland Hydrogen I succesvol maken, leren hoe die operatie werkt. Pas daarna gaan we nadenken over opschaling.”
Het grote dilemma blijft: komt er genoeg vraag naar groene waterstof? Ook de gesprekken met Marinus Tabak en Jan-jaap Aué komen uit bij dit punt. Allemaal zien ze hier een rol voor Europa, die met verplichtingen het gebruik van groene waterstof moet afdwingen.
„Groene waterstof is duurder, net als bijvoorbeeld groen staal”, zegt Everts. „Alleen als afnemers gestimuleerd worden voor deze groene producten te kiezen is de businesscase rond te maken. De waterstofketen komt pas van de grond als er genoeg waarde zit in de duurdere groene moleculen en duurdere groene producten.”
Vaart maken in de omslag naar een waterstofeconomie is van groot belang om klimaatdoelen te halen, en dus gaan er stemmen op om ook meer op blauwe waterstof in te zetten. Door de uitstoot van bestaande grijzewaterstofproductie af te vangen kan er op tamelijk korte termijn meer waterstof met een duurzaam stempel beschikbaar zijn. Dat lost voor potentiële gebruikers in ieder geval het probleem van een schaars of onzeker aanbod op.
„Ik was nooit zo’n voorstander van blauwe waterstof”, zegt Aué. „Dan zorg je voor de volgende lock-in, want het kan investeringen in groene waterstof tegenwerken. Maar ik ben hierin opgeschoven in mijn denken. Het is noodzakelijk het kip-ei-probleem dat overal in de keten speelt te doorbreken en daar is bepaalde schaalgrootte voor nodig. Als het op korte termijn niet lukt om schaalgrootte te bereiken met groene waterstof, laten we dan ten minste de vraag naar emissieloze waterstof aanjagen.”
Een lock-in is te voorkomen door voor de start al duidelijke kaders te scheppen voor blauwe waterstof, denkt Aué. „Je kunt best zeggen: we staan het nu toe maar we willen dat het in 2050 afgelopen is. En daar verbind je dan heffingen of belasting aan. De techniek voor blauwe waterstof is al volwassen genoeg, groene waterstof moet echt nog volwassen worden.”
Een kleine tien jaar geleden kwam groene waterstof in beeld als hét middel om de industriële uitstoot van CO2 in Nederland terug te dringen. Veel waterstofprojecten kwamen in de jaren daarna echter niet van de grond of raakten flink vertraagd. Hype sloeg om in wanhoop. Toch gebeurt er op dit moment van alles; de keten van productie, transport en opslag van waterstof krijgt langzaam maar zeker vorm. Hoe staat Nederland waterstofland ervoor?