32 onafhankelijke studies bevestigen bierviltje over waterstofketel
Gegeven de internationale doelstelling om klimaatverandering te beperken, ligt grootschalig gebruik van waterstof voor het verwarmen van gebouwen niet voor de hand. Dat blijkt uit een analyse van onafhankelijke studies naar dit thema.
Een warmtepomp haalt warmte uit de lucht of de bodem. Voor elke eenheid energie die een (elektrische) warmtepomp gebruikt, levert hij gemiddeld over een stookseizoen 3 of meer eenheden bruikbare warmte.
De brander in een waterstofketel kan enkel de energie die in de waterstof zelf zit omzetten in bruikbare warmte. Bovendien gaat al bij het produceren en transporteren van groene waterstof een deel van de – als elektriciteit – toegevoerde energie verloren. Indirect verbruikt een waterstofketel zo 4 keer zoveel energie als een warmtepomp die evenveel warmte levert.
In de klimaatneutrale toekomst zal de bulk van de energie uit windturbines, zonnepanelen of kernreactoren komen. Als vooral waterstofketels onze warmte leveren, zijn 4 keer zoveel windturbines, zonnepanelen of kernreactoren nodig als in een scenario waarin we kiezen voor warmte uit warmtepompen. De keuze voor waterstofwarmte resulteert ook in ruwweg 4 keer zoveel gebruik van grondstoffen en ruimte, en vrijwel zeker ook in hogere kosten als een keuze voor vooral warmtepompen.
Tekst loopt door onder de afbeelding.
Ook bij nadere analyse blijkt waterstof onaantrekkelijk voor gebouwen
De redenatie hierboven is wat kort door de bocht. Hij gaat onder meer voorbij aan de extra isolatie, alternatieve afgiftesystemen en/of de energieopslag die nodig is voor een transitie naar verschillende soorten duurzame warmte. Het verschil in efficiëntie tussen een waterstofketel en een warmtepomp is echter zo groot dat dit ‘bierviltje’ voor mij genoeg was om te concluderen dat duurzame waterstof in de gebouwde omgeving een zeer beperkte rol zal hebben.
Inmiddels zijn er vele studies gepubliceerd die waterstofketels, warmtepompen, zonneboilers en warmtenetten in meer detail vergelijken. Jan Rosenow, expert in beleid voor energie-efficiency en verbonden aan de Universiteit van Oxford, heeft een analyse gedaan naar de Engels- en Duitstalige publicaties over het onderwerp die sinds begin 2019 verschenen.
Na filteren van studies uitgevoerd door of in opdracht van warmtepomp- of ketelfabrikanten en gasbedrijven, bleven 32 onafhankelijke studies over. De geanalyseerde studies zijn opgesteld door onder meer IPCC, IEA, McKinsey, IRENA en Fraunhofer. Het betreft modelstudies naar het totale energiesysteem, studies naar de kosten van warmte voor consumenten en studies naar de milieu- en klimaatimpact van verschillende opties voor verwarming.
“Uit de beoordeling van de gegevens blijkt dat het wijdverbreide gebruik van waterstof voor verwarming door geen van de 32 in deze evaluatie genoemde studies wordt ondersteund”, zegt Rosenow in de publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Joule.
“Uit het tot dusverre bestaande onafhankelijke onderzoek blijkt dat het gebruik van waterstof voor huisverwarming in vergelijking met andere alternatieven zoals warmtepompen, zonnewarmte en stadsverwarming minder economisch en minder efficiënt is, meer middelen vergt en gepaard gaat met grotere milieueffecten.”
Hoewel één op één vervangen van aardgas door waterstof slecht uit de bus komt, schrijft het geanalyseerde onderzoek waterstof als warmtebron niet volledig af. In regio’s waar uitbreiden van het elektriciteitsnet moeilijk of kostbaar is, kunnen hybride warmtepompen in combinatie met waterstofboilers een rol spelen in het beperken van de piekvraag naar elektriciteit. Ook kunnen warmtenetten gebruik maken van de restwarmte van elektrolysers of van elektriciteitsproductie met waterstof.
Rosenow waarschuwt dat alle aandacht voor waterstof de transitie in de gebouwde omgeving kan vertragen. “Gezien de dringende noodzaak om de broeikasgasemissies te verminderen, moet het beleid gericht zijn op grootschalige inzet van technologie die vandaag beschikbaar is, in plaats van te anticiperen op het beschikbaar komen van waterstof in de toekomst.”
Bron: Joule / Imagecredit: YesMore Content, via Unsplash Public Domain
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
Probleem is dat warmtepompen fantastische apparaten zijn maar als het koud is minder rendement hebben. Ze pieken dus enorm in het elektriciteitsgebruik op het moment dat bijvoorbeeld zonnepanelen juist op het minimum zitten. Dit even los van het electriciteitsnetwerk dat dit lang niet aan kan, extreem duur is om uit te breiden, en we ook andere sectoren zoals transport, industrie willen elektrificeren.
Het totaal plaatje is heel duidelijk mijns inziens … we hebben alternatieven nodig. Daarbij is efficiency lang niet de enige factor. Zou een mooie stap zijn als ‘wattisduurzaam’ zich kan ontwikkelen tot een meer totaal beeld en niet polariseert …
Waarom is het zo ‘extreem duur’ om ons elektriciteitsnetwerk uit te breiden? Of is uitbreiding niet mogelijk omdat het verlenen van vergunningen is vastgelopen?
Bij verhogen van het huidige maximum voltage van 400 kV (AC) naar bijv. 800 kV (DC) kan in principe twee keer zo veel vermogen door dezelfde (hoogspannings)draad. Bovendien wekt DC (gelijkspanning), in tegenstelling tot AC (wisselspanning), geen elektromagnetische straling op.
Verschillende studies geven aan dat energie transporteren in de vorm van ‘electronen’ ongeveer 10 tot 20 keer zo duur is dan ‘moleculen’ en dat de realisatie tijd voor uitbreidingen ook veel langer is (liever een buis onder de grond dan hoogspanningsmasten en kabels door het landschap voor veel mensen). Dit even los van energie opslag om toenemende vraag en aanbod verschillen te overbruggen. Dat is, denk ik, de achterliggende de reden dat 80% van onze energiebehoefte in de vorm van moleculen geleverd wordt … en dat stuk is ook scope van de energietransitie. We moeten zeker het elektriciteitsnet uitbreiden en beter benutten zoals bijv. DC concepten, maar daarnaast ook duurzame moleculaire alternatieven ontwikkelen …
Bij het vervoer en productie van electronen gaat veel meer energie verloren dan bij opslag en vervoer van moleculen. Ken uw thermodynamische wetten! Kerncentrales doen niet aan electrochemische omzetting, maar produceren energie rechtstreeks uit de kern van het molecuul. Met uiterst efficiënte methodes kan een Kernkrachtcentrale niet enkel veel meer waterstof produceren dan wind, zon of waterkracht centrales dat kunnen, met de geproduceerde energie kan bovendie CO2 uit de atmosfeer gehaald worden en methaan geproduceerd. Methaan wordt daarmee een hernieuwbare uiterst efficiënte opslag en transport van waterstof moleculen!
Poetin kan bovendien geen electrakabels op de bodem van de Noordzee sabotteren, noch kan Biden Poetin zijn gasleidingen sabotteren….met moderne inherent veilige kleine kerncentrales wordt hetzij met moleculen hetzij met electronen iedere provincie en alle grote industriecomplexen energie onafhankelijk! Bv een Thorium SMFR of LFTR op Chemlot te Geleen om mee te beginnen duurzame kunstmest te produceren…. de waterstofeconomie kun je enkel leren bevatten vanuit de entropische Wet. (En die heeft niets én alles met economische wetmatigheden van doen)
Bij de omzetting van elektriciteit naar waterstof gaat als 30 % verloren. En dat wil dan nog dunnetjes overdoen door die waterstof middels het sabatierproces nog een keer over te zetten naar methaan.
Het is opvallend dat er weer een paar mensen zijn die zichzelf slimmer achten dan de wetenschappers die de genoemde studies hebben uitgevoerd.
Terwijl het er toch heel duidelijk staat: als we onze gebouwen verwarmen door waterstof te verbranden, kost dat vier keer zoveel windmolens/zonneenergie/kerncentrales. Dat is een feit waar je niet omheen kan. Het is een zeer groot nadeel van waterstof en die strijd valt voor waterstof daardoor gewoon niet te winnen.
De enige die nog een enigszins relevant punt aanstipt is Mark. Inderdaad betekent grootschalig gebruik van warmtepompen dat op een koude dag in de winter de vermogensvraag van huishoudens gigantisch zal zijn. Dat is echt wel een uitdaging. Maar geen onoverkomelijke uitdaging.
Ten eerste mag je ervanuit gaan dat deze kosten zijn meegenomen in de kostenvergelijking-studies die worden genoemd. Als het onafhankelijk onderzoek is, dan zullen die kosten zijn meegerekend. Blijkbaar is forse netwerkverzwaring goedkoper dan een vier keer zo grote productiecapaciteit. Klinkt ook niet gek, al ben ik geen expert op dat gebied.
De transportcapaciteit moet dus fors (ik schat factor acht) worden uitgebreid. De productiecapaciteit veel minder. Dat komt doordat je prima op een paar koude dagen per jaar de industrie plat kan leggen. Die krijgen daar dan een vergoeding voor. Dat is goedkoper dan een extra waterstofcentrale die maar een paar dagen per jaar in actie komt.
Tot slot: waterstof gaan we zeker gebruiken. Niet voor cv ketels. Maar wel voor de industrie en voor electriciteitsopwekking, als opslag dus. Dus waterstoffans: niet getreurd. Er is straks meer dan genoeg waterstof nodig.
Het kan niet anders dat cv-ketels op groene waterstof nóg een verliespost opleveren. Dus niet alleen de electrolyse dat al zo’n 30 % bedraagt. En dat dan ook vooral voor huizen waar waterstof zo voor gepropageerd wordt, namelijk slecht te isoleren woningen. Ik heb het dan over het verlies aan condensatiewarmte van de waterdamp die ontstaat bij de verbranding van waterstof. Direct elektrisch verwarmen of een warmtepomp levert dat condensatiewarmteverlies niet. Dat mag duidelijk zijn. Bij aardgas bedraagt dat maximale verlies 11 %. Bij de verbranding van waterstof 18 %.
Het elektriciteitsnet moet ook met waterstofverwarming worden uitgebreid. Dat voor het opladen van de EV’s (een batterijauto heeft immers vijf keer zo weinig elektriciteit nodig dan een PHEV-auto) én om te kunnen koken op inductie. Want promotie voor koken op waterstof is met de stille trom verdwenen. Het koken op knalgas was achteraf gezien blijkbaar toch niet zo’n goed idee.
Per MJ is transport van watertstof is inderdaad goedkoper dan transport van elektriciteit, maar om eerst waterstof te maken uit elektriciteit, vervolgens te transporteren, en tenslotte weer terug om te zetten naar elektriciteit, is per saldo veel duurder, zelfs over duizenden km’s (dankzij HVDC technologie).
Omzetting van elektriciteit naar waterstof en terug is een volkomen cyclisch en duurzaam proces. Als we die technologie verder gaan uitnutten zul je zien dat de rendementen ook steeds beter worden en dat de omzettingsprocessen ook steeds minder afvalstoffen gaan produceren. De ideale buffer dus.
Je moet de discussie over de doorontwikkeling van waterstoftechnologie niet vervuilen door een vergelijking te maken tussen het verwarmen van een huis door waterstofverbranding of door een warmtepompinstallatie. Dat is namelijk als vergelijken van groente met vlees.
De vergelijking zou als iets eerlijker worden als je de warmtepomp aandrijft met elektrische stroom die m.b.v. een waterstofcel is opgewekt. Maar ook dan kun je die waterstofcel beter alleen gebruiken als buffer, voor als je windmolen even niet draait.
Kortom, buffertechnologie (of opslag) is iets anders dan directe opwekking. Waterstof is de energieopslag van de toekomst. Los van welke rendementsberekening je nu doet. De belangrijkste vraag is wat mij betreft daarbij of je die buffertechnologie centraal inzet, bijvoorbeeld op provinciaal niveau, of juist decentraal in kleinere buffervoorraden, bijvoorbeeld op wijkniveau. Het lijkt me beter om de discussie op dat vraagstuk te richten.