In gesprek met…

Prof. Dr. David Smeulders

NortH2 werkt in multidisciplinaire teams al ruim een jaar aan continue verdieping van onze visie op nut en noodzaak van grootschalige groene waterstof. Om ons denken te scherpen, nodigen wij de komende maanden een keur van vrije geesten uit om in een open gesprek ons narratief uit te dagen. In deze serie artikelen leest u hun persoonlijke visie op de rol van waterstof in de energietransitie. Wij benadrukken dat deze visie niet per se die van NortH2 is. Prof.dr. David Smeulders van de Technische Universiteit Eindhoven bijt de spits af en bepaalt vervolgens wie de volgende gesprekspartner wordt.

Om maar met de deur in huis te vallen. Ken je de ambities van NortH2?

Ja, het project NortH2 is mij bekend. Vanuit wetenschappelijke interesse, maar ook vanuit mijn bestuurlijke rol in Topsector Gas, heb ik een aardig beeld van de ambities van het project.

In zijn algemeenheid denk ik te zien dat de meeste mensen positief staan tegenover de waterstofontwikkelingen die zich nu aftekenen. Ook de rol van Europa wordt denk ik gevoeld als positief. Daarnaast spreek ik veel mensen die enthousiast zijn over de positie die Nederland kan innemen in deze ontwikkeling. En dat is niet vreemd, Nederland is een Gasland. Dan kun je een mogelijkheid als waterstofgas niet zo maar aan je voorbij laten gaan.

In diverse studies, bijvoorbeeld van TenneT en Gasunie, zien wij dat voortgaande elektrificatie onverlet laat dat de vraag naar (groene) moleculen blijft. Deel jij die waarneming?

Zeker. Dat sluit ook aan bij hoe Nederland is ingericht. We hebben hier verschillende transportsystemen. Het elektriciteitssysteem inderdaad, maar ook een ondergronds gasdistributiesysteem dat een enorme maatschappelijke kapitaalsinvestering vertegenwoordigt. En dan hebben we ook nog de meer lokaal georiënteerde warmtenetten. Dus als je over onze energievoorziening nadenkt, dan komen die drie structuurelementen aan de orde.

Waarmee de vraag zich aandient hoe die verschillende netwerken elkaar versterken.

Precies. Idealiter wil je op de knooppunten van die systemen conversie kunnen toepassen. Zo dat je optimale flexibiliteit introduceert in het systeem. TenneT waarschuwt dat die hele elektrificatie onmogelijk gedragen kan worden door de bestaande elektriciteitsinfrastructuur. Als wij de belasting op die elektrische infrastructuur gedeeltelijk weg kunnen nemen, door die af te wentelen op bestaande aardgasnetwerken, dan is dat winst. Die infrastructuur ligt er, dus dat bespaart kapitalen aan investeringen.

Net zoals je in een menselijk lichaam naar bloedvaten en lymfevaten kunt kijken, die op vele knooppunten heel intelligent kunnen converteren, willen wij in ons energiesysteem dus soepel kunnen converteren van elektriciteit naar gassen en vice versa. Dus moeten wij de nieuwe markt die met waterstofgas mogelijk wordt, in balans brengen met onze elektrische en energetische infrastructuur.

Als je kijkt naar de load factor, de inzetbaarheid van energie, dan is die bij windmolens op zee zo’n 50%. De helft van de tijd draaien ze, de andere niet. Wind op land ligt daar weer onder, die molens staan 75% van de tijd stil, simpelweg omdat het niet genoeg waait. En de zonnepanelen, die staan ongeveer 90% van de tijd te niksen. De helft van de tijd noemen we immers nacht en dan is het ook nog wel eens stevig bewolkt hier. Daar komen we op een load factor van maar 10%. Heel anders dan centrales, die wel 90% van de tijd kunnen draaien. Je moet dus alternatieven hebben voor bronnen die op enig moment terugvallen richting nul. Daar heb je flexibiliteit in het systeem voor nodig. En waterstof wordt een belangrijke component om te zorgen dat wij ondanks de lage loadfactoren toch leveringszekerheid garanderen. Want leveringszekerheid is energieprioriteit één en twee en drie!

Toch horen we vaak dat we de beperkte groene elektriciteit beter direct inzetten als groene elektriciteit, in plaats van er met conversieverlies groene waterstof van te maken?

Dat wordt gezegd ja, maar dat is daarmee nog niet waar. Wij moeten nú opschakelen naar de zojuist besproken systeembreedte. al moeten we daarbij wel de verhoudingen blijven zien. De huidige fossiele waterstofmarkt is als een mammoettanker, die wereldwijd goed is voor zo’n 70 miljoen ton waterstof, voor 99% geproduceerd uit aardgas via de klassieke Steam Methane Reforming (SMR). Daar komt logischerwijze veel CO2 bij vrij. Je pakt immers aardgas, stript de waterstof er af en houdt de CO2 over. Per kilogram geproduceerd waterstof, komt er dan zo’n 9 kilo CO2 vrij. Op wereldschaal staat deze waterstofproductie op plek zes van de grootste uitstoters ter wereld!

Toch moeten wij ook weer niet denken dat we overnight nieuwe groene productiemethodes in de vingers hebben die de bestaande SMR overbodig maken. Vergeleken bij die fossiele tanker zijn de paar megawatts groene waterstof uit elektrolysers op dit moment minder dan een opblaasbootje, dat wat eigenwijs tegen die tanker ligt te duwen.

Maar is het beste recept om die rubberboot te laten groeien naar mammoetniveau dan niet om nu in te zetten op de ontwikkeling van een grootschalige waterstofketen?

Zeker! Maar dan moet je niet alleen de nadruk leggen op het flexibiliseren van de energiemarkt, maar ook op schone industriële productiemethoden van waterstof. Alleen dan transformeren wij de fossiele tot groene mammoettanker. Maar dat is een grote stip op een verre horizon.

Maar er is nóg een verhaal. Waterstof wordt vandaag geproduceerd voor een van de steunpilaren van onze maatschappij, ammoniak, nodig voor kunstmest. De kunstmestvraag neemt niet af. Sterker, die stijgt hand in hand met de vraag naar landbouwproducten, naar voedsel. Dat voedselverhaal hoor ik opvallend weinig bij jullie. Voedselproductie vraagt ammoniakproductie en die zullen we dus moeten vergroenen. Zo’n project als NortH2 draait niet alleen om de vergroening van energie en industrie. Het draait ook om de vergroening van onze voedselproductie!

Maar goed, dan zal de schaal dus fors omhoog moeten en de prijs dito omlaag. Fossiele waterstof kost nu ongeveer 1 dollar per kilogram, terwijl als je de huidige elektrolysers heel optimistisch op een loadfactor van 50% zet, dan is zo’n kilo groene waterstof misschien wel een factor 5 tot 10 duurder. Dan zie je dus meteen dat je een veel groter volume aan groene elektriciteit moet kunnen inzetten voor grootschaliger productie van groene waterstof.

Waar dan een taak ligt voor de overheid?

Als de maatschappij vindt dat we een deel van de groene stroom structureel moeten durven inzetten voor waterstof, en daar lijkt een belangrijk deel van de politiek het mee eens, dan vraagt dat om overheidshandelen. Dan moet daar subsidie naar toe bijvoorbeeld. En zwaardere beprijzing van uitstoot. En certificaten voor groene waterstof, om maar eens wat te noemen.

De hoeveelheid hernieuwbare stroom in de elektriciteitsmix is ongeveer 25%. Dat moet nog een stuk omhoog dus. En dan komt waterstof daar nog eens een deel van opeisen, met ook nog eens een omzettingsrendement van op z’n best 75%. Dan is het argument snel gevonden om te zeggen: is dat niet een beetje zonde?

En wat zeg jij dan?

Dan zeg ik: een deel moet inderdaad naar waterstof! We hebben toch dat lange termijndoel voor ogen? Als wij daar niet nu mee starten, als we niet nu al serieuze volumes groene stroom aanwijzen voor waterstof, dan gaat die markt zich niet ontwikkelen. Vandaar die stimulering en beprijzing, waar we het over hadden. En vergeet de publieke opinie niet, die bedrijven onder druk zal zetten om te decarboniseren. Ook dan is groene waterstof de route. Bedrijven die daar niet in meegaan prijzen zichzelf op enig moment uit de markt. Al was het maar omdat er straks geen pensioenfonds is dat daar dan nog in wil investeren.

Dan de blik even iets verder dan Europa, Noord-Afrika bijvoorbeeld. Met alle zon en windpotentie een aantrekkelijk leverancier van groene waterstof? Dan is de ambitie van NortH2 voor Nederlandse groene waterstofproductie wellicht te hoog?

Je ontmoet dan weer dezelfde argumenten, zoals verdeling waterstof en elektriciteit. Trek een elektriciteitskabel en koppel die aan het Europese elektriciteitsnetwerk, dan maak je er dus geen waterstof van. Dat kun je ook verdedigen. De discussie blijft in de basis dezelfde. Laat onverlet dat het heel logisch is dat we serieus kijken naar de mogelijkheden in die regio. De loadfactor van een zonnecel ligt daar factoren hoger dan bij ons, nog los van de boost die je kunt geven door bijvoorbeeld concentrated solar power. En de efficiencyverhoging door gesmolten zout te gebruiken, dat ’s-nachts ook warm blijft. Daar is veel mogelijk kortom.

Maar dat brengt ons wel bij een ander argument, dat van ons mantra ‘leveringszekerheid’. We hebben daar te maken met instabiele politieke situaties. Dat zal investeerders niet meteen verleiden. En wat als de koning van Marokko morgen besluit dat hij er geen zin meer in heeft? Dat betekent niet dat we dit niet moeten nastreven op langere termijn. Integendeel. Maar niet zonder serieuze eigen productie, niet in totale afhankelijkheid.

Bovendien is het transport nog een uitdaging. Ik weet niet of de ‘Waterstofspelen’ in Japan doorgaan, maar ben erg benieuwd hoe ze alle waterstof daar gaan krijgen. Ik heb filmpjes gezien met van die LNG-achtige schepen, maar dan met waterstof. Maar ja, LNG vervoer je bij -162 graden terwijl waterstoftransport bij -252 graden moet. Daar moet nog stevig bijgekoeld worden. Er moet nog een hoop bedacht, gebouwd en geregeld worden.

Maar dat betekent niet dat wij kunnen zitten wachten tot die vraagstukken duidelijker worden, of tot er voldoende groene stroom is. Als je dan pas opschakelt naar grootschalige waterstof, dan ben je te laat. De supply van groene elektronen zal blijven groeien, in Nederland en daarbuiten. Misschien worden onze netten nog wat efficiënter waardoor we groene stroom uit Noorwegen beter kunnen gaan inzetten, want die interconnectiviteit is nu niet om over naar huis te schrijven. Maar dat zijn allemaal argumenten om beide sporen, de groene elektronen én de groene moleculen serieus te innoveren en op te schalen.

En dan zou je ook nog kunnen denken aan de inzet van kernenergie voor de productie van waterstof. Die discussie komt hier nu ook weer op. Nucleair is natuurlijk niet zo geschikt om te flexibiliseren. Dat is een soort diesel, die moet blijven draaien. Dus als hij nodig is voor de productie voor groene stroom, dan zet je hem daarvoor in. Maar als het stevig waait dan maak je er waterstof van. Dat ligt wat gevoelig, maar is het overdenken waard. Je zou kunnen zeggen: koop een kerncentrale, zet hem in Borssele naast die andere en dan hebben we hem over 10 jaar draaien. Of sneller als we er een van de plank kopen. Ga vooral nu nog geen nieuwe generaties kerncentrales zelf ontwikkelen hier. Daar hebben wij nu noch de tijd noch de kennis voor. Ook dat moet weer opgebouwd worden. En kijk vanuit de dan ontstane energiebreedte hoe je alles optimaal op elkaar afstemt.

Je zei net dat we de kennis voor nucleair niet hebben en ook niet head over heels moeten opbouwen. Hebben we dat bij waterstof dan wel?

Dat ligt echt anders. Wij hebben in Nederland een lange kennisontwikkeling op het gebied van gas, met inmiddels een fantastisch distributie- en opslagsysteem en concepten als de gasrotonde die nog steeds valide zijn. Dat betekent de fysieke, maar ook de kennisinfrastruur om gas te transporteren, op te slaan, te behandelen, op te warmen, af te koelen. Die kennis hebben wij. Van LBO en MBO tot hogeschool en universitair. Maar ook de kennisbedrijven die daarbij horen. Kijk naar jullie eigen projectpartners.

Tel daarbij op dat wij een prachtige lange kuststrook hebben, met een relatief lage Noordzee waar offshore wind geoogst kan worden. De havens, onze ligging naar andere Europese landen, opslag in cavernes. Dan vraag je je af hoeveel beter een uitgangspositie kan zijn. Als we deze boot missen, dan doen wij iets echt verkeerd. Dus dat wij serieus moeten investeren in de positie, innovatie, infrastructuur en verdienvermogen van Nederland, is dan geen wilde gedachte zou ik zeggen.

Ik denk dat de grootste elektrolyser die we vandaag hebben 20 MW is. En dat wordt allemaal handmatig gemaakt, omdat het op deze schaal niet rendabel is om het te automatiseren. De vraag is gewoon nog te klein. Als jullie morgen een order plaatsen voor een elektrolyser van zeg eens 200 MW, dan leg je een bom in die markt. Het pad naar de gigawatts is nog een stevige klim. Dus álles wat we nu doen aan opschaling, is per definitie nooit weggegooid geld. Als wij nu niet starten, betalen we straks de hoofdprijs om die technologie in te kopen. Dan kun je beter nu investeren in je eigen kennisinfrastructuur en het zelf ontwikkelen. Het is dan een kerntaak van de overheid om in het voortraject ruimhartig in te investeren. Dat gaat de markt nooit zelf kunnen oplossen.

Feit is dat je moet parallelliseren. Als je bang bent dat waterstof een te grote hap uit de groene stroomtaart neemt, denk je te veel in beperkingen. We willen toch naar vergroening van ons hele energiesysteem! Wachten tot het uiteindelijk benodigde groene stroomvolume er is, en dan pas aan de slag gaan. Dat kan niet! Nu doorpakken dus, met focus op de domeinen waar de footprint het zwaarst is, zoals de industrie. Kijk naar Tata Steel. Nog even los van de jammerlijk stukgelopen vrijage tussen Tata en SSAB, waar onze overheid best wat zwaarder had kunnen optreden, moeten wij een fundamentele keuze maken in het licht van onze nationale visie op een groene toekomst. De eerste optie is, we zien geen mogelijkheden om deze mega-uitstoter schoner te maken, dus we zetten hem het land uit. Dat zou typisch Nederlands zijn, want dan is ons tuintje weer keurig groen, maar zijn we wel CO2-emissie aan het exporteren. Of we willen de staalindustrie vergroenen, te beginnen bij Tata, dat dan misschien wel de lead neemt in het produceren van groen staal.

Groene waterstof is drop-in technologie, die op termijn de conventionele steam reforming moet vervangen. En tegelijkertijd zien wij een nieuw speelveld: de flexibilisering van het energiesysteem. Als die flexibilisering er niet komt dan krijgen we ook niet de gewenste vergroening en betaalbaarheid van onze energieconsumptie.

Laatste vraag. Wie zou jij als volgend gesprekspartner adviseren. En welke vraag geef je ons daarbij mee?

Ik zou meer vanuit economisch perspectief eens doorpraten met mijn Groningse collega Machiel Mulder. Machiel heeft al eens een de prijsstelling van waterstof aan de orde gesteld. Mijn vraag aan hem: Welke systematiek heeft Nederland ter beschikking om deze waterstofroute te bevorderen, welk instrumentarium moeten wij daarvoor inzetten? Is dat botweg subsidiëring, is dat beprijzing, hoe sluit dat aan bij Europese doelstellingen en hoe doen ze dat in Duitsland bijvoorbeeld?

Wij zijn deel van een Europees systeem, dat willen wij hier nog wel eens vergeten.