Gebruik geen blauwe waterstof als je geen waterstof nodig hebt
Op de VN-klimaatconferentie COP26 hebben (tot nu toe) 103 landen een niet-bindend akkoord getekend om de uitstoot van het broeikasgasmethaan in 2030 met 30% te reduceren ten opzichte van 2020. Methaan komt vooral vrij bij de winning van olie- en gas, in de veeteelt en de afvalverwerking. Helaas tekenden Rusland, China, Australië en andere grote methaanuitstoters nog niet. Desondanks verkleint het akkoord de klimaatrisico’s bij de plannen voor het omkatten van fossiel gas naar waterstof. Maar de eindconclusie blijft staan: Gebruik geen blauwe waterstof als je het niet nodig hebt. Hieronder het oorspronkelijke artikel over methaanlekkages in de keten van blauwe waterstof van 13 augustus 2021.
In een recent artikel claimen onderzoekers Robert W. Howarth en Mark Z. Jacobson dat gebruik van waterstof gemaakt uit aardgas met CO2-opslag een grotere klimaatimpact heeft dan gebruik van aardgas voor dezelfde toepassing.
In het artikel redeneren Howarth en Jabobson als volgt; Het kost extra aardgas om waterstof te produceren en CO2 af te vangen, de afvang van CO2 is niet volledig en bij de winning en transport lekt methaan weg.
Vooral het weglekken van methaan – het hoofdbestanddeel van aardgas – maakt daarbij het verschil. Op een tijdschaal van 20 jaar levert elke kilo methaan in de atmosfeer een 86 keer sterkere bijdrage aan de klimaatverandering dan elke kilo CO2. De onderzoekers nemen aan dat gemiddeld 3,5% van al het wereldwijd gewonnen aardgas weglekt op de vaak complexe route tussen gasveld en eindgebruik. Het productieproces van waterstof uit aardgas consumeert inclusief CO2-afvang en opslag zeker een kwart van de originele energie-inhoud van het aardgas, terwijl alsnog niet alle CO2 wordt afgevangen.
Indien je de resulterende blauwe waterstof vervolgens verbrandt voor verwarming, heeft dat volgens Howarth en Jacobson een 20% grotere klimaatimpact dan direct gebruik van ordinair aardgas in een ordinaire gasketel.
Vermoedelijk activistisch, maar wel peer reviewed
Mark Z. Jacobson staat bij mij bekend als een onderzoeker die met een vrij botte bijl de fossiele energiesector en ook klimaatoplossingen als CCS en nucleaire energie bestrijdt. Dat maakt dat ik niet uitsluit dat Howarth en Jacobson met deze studie een punt willen maken. Met de aangenomen lekkages in de aardgasketen, het aangenomen omzettingsrendement en het aangenomen afvangpercentage zitten de onderzoekers gevoelsmatig in ieder geval aan de pessimistische kant.
Ook de keuze om het klimaateffect van weggelekt methaan op een tijdsschaal van 20 jaar in plaats van 100 jaar te beschouwen, stuurt de uitkomst flink. Het sterke broeikasgas methaan valt in de atmosfeer geleidelijk uiteen in de zwakkere broeikasgassen CO2 en waterdamp. Over een periode van 100 jaar bezien is methaan een ruwweg 30 keer zo sterk broeikasgas als CO2, over de gehanteerde 20 jaar dus liefst 86 keer. Dat scheelt nogal voor de conclusies.
Dat gezegd, voor de distributie van de resulterende blauwe waterstof van fabriek tot waterstofketel zijn dan weer geen lekkages aangenomen.
Waterstof is een aanmerkelijk kleiner molecuul dan methaan. Zeker als waterstof door omgebouwde aardgasinfrastructuur naar vooral oudere woningen getransporteerd wordt, is enige lekkage een zekerheid. Ook in de bevoorradingsketen voor waterstofauto’s is enige lekkage niet te vermijden. Ook de productie van een kuub waterstof die ontsnapt, leidt tot bovengenoemde methaan- en CO2-emissies. En hoewel niet zo sterk als methaan is ook waterstof zelf een broeikasgas.
Toevoeging 5 september 2021: Lezenswaardige check op de studie van Howarth en Jabcobson. Met aannames die beschrijven wat mogelijk zou moeten zijn, is het verschil in uitstoot met direct gebruik van aardgas alsnog kleiner dan je zou hopen maar inderdaad niet zo beroerd als Howarth en Jabcobson voorspeiegelen.
Ouwehoer niet over blauwe waterstof als je CO2-opslag bedoelt
Ook als je tegenover alle aannames van Howarth en Jacobson een eigen, positievere aanname zet, blijft staan dat de klimaatimpact van blauwe waterstof aanzienlijk is. Overstappen van reguliere fossiele brandstoffen naar waterstof in verwarming en mobiliteit was al om vele redenen af te raden. De inzichten uit deze studie bekrachtigen nog maar eens dat je beter geen waterstof gebruikt in sectoren waar betere alternatieven, zoals een warmtepomp of accu-elektrische aandrijving, beschikbaar zijn. Howarth en Jacobson geven een extra argument om een waterstofladder te hanteren.
Voor sectoren waar waterstofverbruik onvermijdelijk is, bijvoorbeeld de productie van kunstmest en de raffinage van aardolie, is de studie een extra argument om te stoppen met ouwehoeren over blauwe waterstof.
Omdat Carbon capture and storage (CCS) in de publieke opinie een slechte naam heeft en waterstof juist op de top van de hype staat, praten kunstmestproducenten, olieboeren en andere huidige verbruikers van waterstof graag over blauwe waterstof. Deze bedrijven vormen aardgas in bestaande installaties al decennia om in waterstof. De CO2 die daarbij ontstaat, wordt al decennia afgescheiden van de beoogde productstroom waterstof en daarna de atmosfeer ingeblazen.
Wat Howarth en Jacobson ook zeggen over blauwe waterstof, CCS bij deze bestaande installaties is een goed idee. Ook als de afvang niet volledig is. Alle methaanlekkages tot aan de waterstoffabriek heb je sowieso al. Het energieverbruik van de CO2-afvang heb je sowieso al. Elke kilo CO2 die aan het eind van deze keten niet de atmosfeer in vliegt, is mooi meegenomen. Er is alleen geen aanleiding hier over blauwe waterstof te ouwehoeren. Noem CCS bij bestaande installaties gewoon CCS.
Denk niet blauw, denk niet groen, maar zet waterstof op rantsoen
Alle lobby, reclame en alle politieke aandacht voor en achter de schermen voor waterstof is niet bedoeld om ons te herinneren aan bestaand waterstofgebruik voor kunstmest en als hulpstof voor de productie van diesel, staal en glas. Het doel is om waterstof te pushen als wondermiddel voor de energietransitie. Het gaat de waterstoflobby en de dolenthousiaste politici om nieuw verbruik van waterstof, onder meer voor het verwarmen van matig geïsoleerde woningen, het tanken van waterstof in auto’s en bussen en om waterstof dat de droom van onbelemmerd duurzaam vliegen levend moet houden.
Inmiddels is helder dat ‘groene waterstof’ hier voorlopig geen uitkomst biedt. Zo lang nog veel direct verbruik van elektriciteit niet verduurzaamd is, is productie van groene waterstof niet doelmatig qua CO2-reductie.
Blauwe waterstof is daarom naar voren geschoven als tussenstap, om de voordelen van emissievrije waterstof al te genieten ver voordat groene waterstof in relevante volumes beschikbaar is. Deze studie maakt nog maar eens duidelijk dat ook CO2-afvang en opslag voor waterstof geen snelle uitkomst biedt. Verwarmen, rijden en vliegen op waterstof doet nog jaren niets voor het klimaat. Laat waterstof niet afleiden van isoleren, kierdichting en warmtepompen, niet van elektrische auto’s en treinen. Als je in 2010 geen waterstof verbruikte, is het echt beter dat je in 2030 ook geen waterstof verbruikt.
Waterstof, blauw of groen, is er (gelukkig) niet zomaar
Tot slot is het goed te beseffen dat de productie van waterstof, ongeacht de daaraan gerelateerde emissies, niet bepaald snel kan opschalen. Toevoegen van CO2-opslag aan een bestaande fossiele waterstoffabriek is de kleinste stap maar duurt al snel 5 jaar van plan tot inbedrijfneming. Plannen, vergund krijgen en bouwen van nieuw te bouwen fossiele waterstoffabriek inclusief CCS duurt zo 10 jaar. De productie van een gemiddelde fossiele waterstoffabriek evenaren met een elektrolyser en bij behorende nieuw te bouwen wind- en zonneparken duurt waarschijnlijk nog langer.
Dat betekent dat onconventioneel gebruik van waterstof in het klimaatbeleid van het komende kabinet en ook voor de kabinetsperiodes daarna praktisch irrelevant is.
Voorkomen van methaanlekkages, verbeteren van het rendement van CO2-afvang en verduurzamen van de elektriciteit heeft nog jaren de prioriteit. Daar profiteren uiteindelijk ook groene en blauwe waterstof van. Tegen de tijd dat nieuwe waterstoffabrieken in gebruik komen, is hun productie als het goed is al een stuk duurzamer dan Howarth en Jacobson nu voorrekenen. En dat is belangrijk, voor de delen van de economie waarvoor waterstof wel de beste of enige oplossing blijft.
Bron: Modelling and Analysis, Recharge News / Imagecredit: Tyler Nix, via Unsplash Public Domain
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
De case ligt anders en begeeft zich, zo alle artikelen gelezen hebbende, misschien een beetje buiten het ‘zicht’ van het ‘Wattisduurzaam’ platform. De titel zegt het al een beetje … Overigens een fantastisch platform, complimenten.
Met een ‘all-electric’ scenario kunnen we de energietransitie niet voldoende realiseren en daarmee ook de opwarming niet voldoende terug brengen. We hebben een moleculaire ‘schone’ energiedrager nodig om de slag volledig te maken. Consistent in alle studies komt dit naar voren als zijnde ‘waterstof’ of subtituten (bv Ammoniak) nodig … of de global warming wordt niet voldoende terug gebracht.
Idem met een ‘all-renewable’ scenario. We hebben andere energie ‘bronnen’ ook nodig in onze aanblijvende energie honger onder toenemende welvaart en bevolkingsgroei. Nucleair is één van de opties maar waarschijnlijk niet voldoende. Fossiel blijven we nodig hebben maar moet ‘schoon’ worden. Dat kan door ‘upstream’ direct bij de bron te decarboniseren … of ‘downstream’ CC(U)S toepassen. Als Chemisch Technoloog zijnde weet ik het dan wel …