Waterstof op weg naar de praktijk - Ecn
Waterstof op weg naar de praktijk - Ecn
Waterstof op weg naar de praktijk - Ecn
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Waterstof</strong><br />
<strong>op</strong> <strong>weg</strong> <strong>naar</strong> <strong>de</strong> <strong>praktijk</strong><br />
Verslag van <strong>de</strong> dag “<strong>Waterstof</strong> voor Bestuur<strong>de</strong>rs en Beleidsambtenaren”<br />
georganiseerd door ECN en JRC-IE <strong>op</strong> 6 april 2006 te Petten.<br />
ECN<br />
JRC<br />
Frank <strong>de</strong> Bruijn<br />
Marc Steen
On<strong>de</strong>r redactie van:<br />
Frank <strong>de</strong> Bruijn<br />
Die<strong>de</strong>rik van <strong>de</strong>r Hoeven<br />
Marc Steen<br />
Met dank aan:<br />
Fiona Montijn-Dorgelo<br />
Dit is een uitgave van:<br />
Aanbevolen door:
Voorwoord<br />
<strong>Waterstof</strong> is vandaag <strong>de</strong> dag een veelbesproken on<strong>de</strong>rwerp. Sommigen zien<br />
het als een totaal<strong>op</strong>lossing voor alle problemen die voortkomen uit het gebruik<br />
van Fossiele Brandstoffen. An<strong>de</strong>ren als een onrealistische droom van technici<br />
die alleen maar tot energieverspilling kan lei<strong>de</strong>n.<br />
Er wor<strong>de</strong>n rond het thema waterstof veel conferenties georganiseerd voor een<br />
technisch publiek, en voor <strong>de</strong> zogenaam<strong>de</strong> "stakehol<strong>de</strong>rs", <strong>de</strong> partijen die een<br />
economisch belang hebben in <strong>de</strong> sectoren waar waterstof toegepast kan<br />
wor<strong>de</strong>n, of die <strong>de</strong> technologie ontwikkelen die nodig is voor <strong>de</strong> inzet van<br />
waterstof in onze samenleving.<br />
Grootschalige inzet van waterstof vereist naast nieuwe technologie ook<br />
<strong>op</strong>bouw van infrastructuur, maatschappelijke acceptatie en nieuwe<br />
regelgeving. Omdat <strong>de</strong> voor<strong>de</strong>len van inzet van waterstof met name <strong>op</strong> <strong>de</strong><br />
lange termijn liggen, bestaat <strong>de</strong> neiging om er nog maar niet aan te beginnen.<br />
Er aan beginnen betekent namelijk kosten maken. De ontwikkeling van zowel<br />
<strong>de</strong> toepassingen als <strong>de</strong> infrastructuur voor waterstof vergt veel tijd en geld. Nu<br />
beginnen aan structurele <strong>op</strong>lossingen voor onze problemen met ste<strong>de</strong>lijke<br />
luchtverontreiniging, <strong>de</strong> zekerheid van onze energievoorziening en <strong>de</strong><br />
<strong>op</strong>warming van ons klimaat vereist visie en daadkracht. Eén ding staat in<br />
ie<strong>de</strong>r geval vast: <strong>de</strong> overheid speelt een cruciale rol bij <strong>de</strong> ver<strong>de</strong>re introductie<br />
van waterstof in onze maatschappij, zowel <strong>op</strong> nationaal, regionaal en lokaal<br />
vlak.<br />
Op 6 april 2006 werd daarom speciaal voor <strong>de</strong>ze overhe<strong>de</strong>n een<br />
"<strong>Waterstof</strong>dag voor Bestuur<strong>de</strong>rs" georganiseerd door het Energieon<strong>de</strong>rzoek<br />
Centrum Ne<strong>de</strong>rland en het Gemeenschappelijk Centrum voor On<strong>de</strong>rzoek van<br />
<strong>de</strong> Eur<strong>op</strong>ese Commissie. Deze dag werd bezocht door meer dan 100 mensen<br />
van provincies, gemeenten, ministeries en brandweer. Naast lezingen over <strong>de</strong><br />
algemene achtergrond, veiligheid en regelgeving, hoor<strong>de</strong>n zij ook hoe<br />
waterstof nu al wordt toegepast in <strong>de</strong> mobiele sector en in <strong>de</strong> gebouw<strong>de</strong><br />
omgeving. Het unieke karakter van <strong>de</strong>ze dag blijkt uit het feit dat <strong>de</strong> dag<br />
officieel is aanbevolen door <strong>de</strong> Implementatie en Liaison Commissie van <strong>de</strong><br />
IHPE, het Internationale Partnership voor <strong>de</strong> <strong>Waterstof</strong>economie<br />
(www.IHPE.net), als een IHPE-evenement.<br />
Ie<strong>de</strong>reen was daarnaast in <strong>de</strong> gelegenheid zelf te rij<strong>de</strong>n in een<br />
brandstofcelauto van Daimler Chrysler, en werken<strong>de</strong> brandstofcelsystemen te<br />
aanschouwen die in noodstroom kunnen voorzien.<br />
Dit boekje geeft een overzicht van <strong>de</strong>ze dag, en is zowel bedoeld voor <strong>de</strong><br />
bezoekers van <strong>de</strong>ze dag als voor ie<strong>de</strong>r an<strong>de</strong>r die geïnteresseerd is in <strong>de</strong> rol<br />
die waterstof kan spelen in onze toekomstige energiehuishouding.<br />
Frank <strong>de</strong> Bruijn Marc Steen<br />
Energieon<strong>de</strong>rzoek Centrum<br />
Ne<strong>de</strong>rland<br />
Gemeenschappelijk Centrum voor On<strong>de</strong>rzoek<br />
Eur<strong>op</strong>ese Commissie
<strong>Waterstof</strong> - inleiding<br />
Frank <strong>de</strong> Bruijn<br />
Unitmanager <strong>Waterstof</strong> en Schoon Fossiel<br />
Energieon<strong>de</strong>rzoek Cenrum Ne<strong>de</strong>rland<br />
Wat is <strong>Waterstof</strong>?<br />
<strong>Waterstof</strong> is het lichtste element <strong>op</strong> aar<strong>de</strong>. Het is een kleurloos, reukloos, niet<br />
giftig gas. Bij kamertemperatuur en een normale luchtdruk weegt 10 liter<br />
waterstofgas slechts 0.9 gram. Als het brandt is <strong>de</strong> vlam onzichtbaar, tenzij an<strong>de</strong>re<br />
verontreinigingen in <strong>de</strong> vlam aanwezig zijn. De engelse naam, Hydrogen, verwijst<br />
<strong>naar</strong> het Griekse Hydro (water), en Genes(vormend), omdat <strong>de</strong> reactie van<br />
waterstof en zuurstof tot <strong>de</strong> vorming van water leidt.<br />
Figuur 1 . <strong>Waterstof</strong>vlam. Foto: Sandia National Labs, USA.<br />
Reeds lang gele<strong>de</strong>n werd waterstof ont<strong>de</strong>kt, in 1766 door Henry Cavendish. Het<br />
zijn vooral <strong>de</strong> chemische eigenschappen van waterstof die maken dat waterstof<br />
vandaag <strong>de</strong> dag in veel processen gebruikt wordt. Omdat waterstof zich makkelijk<br />
aan zuurstof bindt, wordt het gebruikt om metalen in hun puur metallische<br />
toestand te brengen, vrij van oxi<strong>de</strong>s (roest). Ook wordt waterstof gebruikt om<br />
olieën en vetten te behan<strong>de</strong>len, zodat ze vast wor<strong>de</strong>n bij kamertemperatuur. Een<br />
an<strong>de</strong>r proces waarin veel waterstof gebruikt wordt is <strong>de</strong> productie van benzine,<br />
met als doel <strong>de</strong>ze steeds schoner te maken, en beter geschikt voor volledige<br />
verbranding in <strong>de</strong> automotor.<br />
<strong>Waterstof</strong> kan daarnaast ook zelf als brandstof wor<strong>de</strong>n gebruikt, vergelijkbaar met<br />
<strong>de</strong> toepassing van an<strong>de</strong>re gasvormige brandstoffen. Dit kan zowel voor<br />
vervoerstoepassingen, als voor <strong>op</strong>wekking van elektriciteit en warmte. In<br />
vergelijking met an<strong>de</strong>re brandstoffen, zoals aardgas, LPG, benzine, diesel en<br />
kolen zijn er zowel evi<strong>de</strong>nte voor<strong>de</strong>len als na<strong>de</strong>len aan het gebruik van waterstof<br />
verbon<strong>de</strong>n.<br />
Een belangrijk verschil met veel an<strong>de</strong>re brandstoffen is dat waterstof een<br />
energiedrager is en geen primaire energiebron: waterstof zal gemaakt moeten<br />
wor<strong>de</strong>n uit een an<strong>de</strong>re beschikbare bron. In dat <strong>op</strong>zicht is waterstof vergelijkbaar<br />
met elektriciteit.
Vergelijking met an<strong>de</strong>re brandstoffen<br />
<strong>Waterstof</strong> is in vergelijking met nu gangbare brandstoffen moeilijk hanteerbaar. Dit<br />
wordt veroorzaakt door <strong>de</strong> lage volumetrische dichtheid van waterstof bij<br />
atmosferische omstandighe<strong>de</strong>n. Opslag en transport van waterstof wordt door<br />
<strong>de</strong>ze lage dichtheid bemoeilijkt, en kost relatief veel energie [1]. Zo heeft vloeibaar<br />
waterstof een hoge volumetrische energiedichtheid, maar om waterstof vloeibaar<br />
te maken moet zij afgekoeld wor<strong>de</strong>n tot -253 ºC. Dit koelen kost tot ca 30% van <strong>de</strong><br />
energieinhoud van waterstof. Ook het koel hou<strong>de</strong>n vergt zeer goe<strong>de</strong> isolatie van<br />
<strong>de</strong> <strong>op</strong>slagtank. Comprimeren van waterstof tot een druk van 350 tot zelfs 700 bar<br />
leidt ook tot een hoge volumetrische energiedichtheid, maar kost ca 15 - 25% van<br />
<strong>de</strong> energieinhoud van <strong>de</strong> waterstof. Daarom zijn alternatieve <strong>op</strong>slagtechnieken in<br />
ontwikkeling die min<strong>de</strong>r energie vergen. Opslag in <strong>de</strong> vorm van metaalhydri<strong>de</strong>n,<br />
zoals ook al toegepast in nikkel-metaalhydri<strong>de</strong> batterijen, is hier een voorbeeld<br />
van.<br />
Tabel 1. Eigenschappen van waterstof in vergelijking met aardgas en benzine<br />
<strong>Waterstof</strong> Methaan<br />
(aardgas)<br />
Benzine<br />
Smeltpunt (atm druk), ºC - 259 [13] - 183 [15] - 20 [15]<br />
Kookpunt (atm druk), ºC - 253 [15] - 161 [15] 38 - 205 [15]<br />
relatieve dichtheid gas (lucht =1) 0.07 [15] 0.6 [15] 4 [15]<br />
relatieve dichtheid vloeistof (water =1) 0.070 [13] 0.5 [14] 0.7 - 0.8<br />
[15]<br />
verbrandingswaar<strong>de</strong> LHV<br />
(Lower Heating), MJ/kg<br />
120 [14] 50 [14] 44.5 [14]<br />
verbrandingswaar<strong>de</strong> LHV<br />
(Lower Heating), MJ/l (atmosferisch)<br />
0.010 [14] 0.0325 [14] 31.1 [14]<br />
Vlampunt (ºC) brandbaar gas brandbaar gas < - 20 [15]<br />
Waarom waterstof?<br />
De belangrijkste re<strong>de</strong>nen om ondanks <strong>de</strong> na<strong>de</strong>len van waterstof ons toch voor te<br />
berei<strong>de</strong>n <strong>op</strong> wijd gebruik van waterstof, zijn:<br />
- het steeds schaarser wor<strong>de</strong>n van fossiele bronnen, en <strong>de</strong> afhankelijkheid<br />
van politiek instabiele regio's voor het verkijgen van <strong>de</strong>ze bronnen<br />
- <strong>de</strong> met het gebruik van fossiele bronnen gepaard gaan<strong>de</strong> emissies van<br />
CO2<br />
- <strong>de</strong> lokale luchtverontreiniging die veroorzaakt wordt door gebruik van<br />
fossiele bronnen in met name vervoerstoepassingen<br />
Schaarste aan fossiele bronnen<br />
Met <strong>de</strong> nu beken<strong>de</strong> reserves aan olie kunnen we met het huidige verbruik nog zo'n<br />
40 jaar voort [2]. Zo'n 40 jaar moet natuurlijk in perspectief geplaatst wor<strong>de</strong>n: in<br />
1980 kon<strong>de</strong>n we met <strong>de</strong> toen beken<strong>de</strong> reserves nog 30 jaar mee met het<br />
toenmalige verbruik. De komen<strong>de</strong> jaren zullen uiteraard weer nieuwe reserves<br />
ont<strong>de</strong>kt wor<strong>de</strong>n. De algemene overtuiging wordt echter steeds meer dat er een<br />
eind komt aan wat men goedk<strong>op</strong>e olie noemt. Dit is <strong>de</strong> makkelijk winbare olie die<br />
tegen lage productiekosten beschikbaar komt. Daarnaast is er moeilijk winbare<br />
olie, vervat in teerzan<strong>de</strong>n. Deze is in grote voorra<strong>de</strong>n beschikbaar in on<strong>de</strong>r an<strong>de</strong>re<br />
Canada. Het winnen ervan wijkt sterk af van die van conventionele olie, en gaat
gepaard met groot verbruik van water en energie, en er komt bij <strong>de</strong> omzetting <strong>naar</strong><br />
brandstoffen ca 25% meer broeikasgassen vrij dan bij conventionele aardolie [3].<br />
De transportsector, zowel het <strong>weg</strong>verkeer als ook water en luchtverkeer, is nu<br />
geheel aangewezen <strong>op</strong> aardolieprodukten. Met het schaarser wor<strong>de</strong>n van aardolie<br />
wordt <strong>de</strong> interesse in alternatieve brandstoffen steeds groter. Een belangrijk<br />
politiek aspect hierbij is dat een steeds groter <strong>de</strong>el van <strong>de</strong> olievraag ge<strong>de</strong>kt wordt<br />
door levering vanuit instabiele regio's. Daardoor groeit <strong>de</strong> behoefte aan<br />
brandstoffen die door <strong>de</strong> consumeren<strong>de</strong> lan<strong>de</strong>n zelf geproduceerd kunnen<br />
wor<strong>de</strong>n, dan wel gewonnen wor<strong>de</strong>n uit bronnen die beter geografisch verspreid<br />
zijn.<br />
CO2 emissies<br />
De relatie tussen <strong>de</strong> gemeten stijging van <strong>de</strong> atmosferische CO2 concentraties<br />
sinds <strong>de</strong> industriële revolutie en <strong>de</strong> temperatuurstijging als gevolg daarvan staat<br />
nauwelijks meer ter discussie, evenmin als <strong>de</strong> invloed van het gebruik van fossiele<br />
brandstoffen hier<strong>op</strong>. Klimaatmo<strong>de</strong>llen, zoals het KNMI onlangs heeft gepubliceerd<br />
[4], voorspellen voor <strong>de</strong> perio<strong>de</strong> 2050 tot 2100 naast <strong>de</strong>ze gemid<strong>de</strong>l<strong>de</strong><br />
temperatuurstijging diverse effecten, zoals frequenter <strong>op</strong>tre<strong>de</strong>n van intensieve<br />
regenval, extreem warme dagen, en stijging van <strong>de</strong> zeespiegel. Op mondiale<br />
schaal neemt ook <strong>de</strong> kans <strong>op</strong> zeer zware orkanen toe [5], die ie<strong>de</strong>r voor zich<br />
zowel grote aantallen slachtoffers als ook enorme economische scha<strong>de</strong> met zich<br />
mee brengen. Zo is <strong>de</strong> scha<strong>de</strong> van orkaan Katrina door verzekeraars vastgesteld<br />
<strong>op</strong> 38 miljard Amerikaanse dollars [6].<br />
De Eur<strong>op</strong>ese Unie heeft als doel gesteld <strong>de</strong> wereldwij<strong>de</strong> temperatuurstijging te<br />
beperken tot 2 °C, wat wordt gezien als een stijging waarbinnen <strong>de</strong> effecten nog<br />
enigszins te overzien zijn [7]. Om dit te bereiken, dienen <strong>de</strong> CO2 emissies in <strong>de</strong><br />
huidige geïndustrialiseer<strong>de</strong> lan<strong>de</strong>n gereduceerd te wor<strong>de</strong>n met ca. 30-50% in<br />
2050 [8]. Tegelijkertijd dienen <strong>op</strong>komen<strong>de</strong> lan<strong>de</strong>n als China en India meteen te<br />
beginnen met lage emissie-technologie.
Lokale luchtverontreiniging<br />
Het gebruik van fossiele brandstoffen in verbrandingsprocessen leidt naast <strong>de</strong><br />
emissie van kooldioxi<strong>de</strong> tot emissie van stikstofoxi<strong>de</strong>n, fijn stof, onverbran<strong>de</strong><br />
vluchtige koolwaterstoffen, koolmonoxi<strong>de</strong> en zwaveloxi<strong>de</strong>n. Deze emissies hebben<br />
ie<strong>de</strong>r voor zich scha<strong>de</strong>lijke effecten <strong>op</strong> <strong>de</strong> menselijke gezondheid en het milieu.<br />
Het directe verband tussen luchtverontreiniging en <strong>de</strong> gezondheid valt alleen uit<br />
statistische gegevens te herlei<strong>de</strong>n. Uit <strong>de</strong>ze statistische verban<strong>de</strong>n valt af te<br />
lei<strong>de</strong>n dat lokale luchtverontreiniging leidt tot verhoog<strong>de</strong> sterftecijfers en<br />
verhoog<strong>de</strong> ziekenhuis<strong>op</strong>nameaantallen. Feit is dat in Ne<strong>de</strong>rland <strong>op</strong> veel locaties<br />
niet voldaan wordt aan <strong>de</strong> voor <strong>de</strong> volksgezondheid vastgestel<strong>de</strong> emissienormen<br />
voor fijn stof [9].<br />
Figuur 2. Twee voorbeel<strong>de</strong>n van luchtverontreiniging door het vervoer. Links: smogvorming in<br />
Parijs. Rechts: NOx emissies in Eur<strong>op</strong>a. Geel en rood geven hoge tot zeer hoge concentraties van<br />
NOx weer.<br />
Hoe kan waterstof hierin helpen?<br />
Voorzieningszekerheid<br />
<strong>Waterstof</strong> is een energiedrager die uit veel verschillen<strong>de</strong> bronnen gemaakt kan<br />
wor<strong>de</strong>n, zie figuur 3. Met <strong>de</strong>ze waterstof kan het vervoer van brandstof wor<strong>de</strong>n<br />
voorzien. <strong>Waterstof</strong> is dan een brandstof waarmee <strong>de</strong>rhalve auto's kunnen rij<strong>de</strong>n<br />
<strong>op</strong> win<strong>de</strong>nergie, zonne-energie, biomassa, kolen, aardgas, kernenergie en<br />
waterkracht, zon<strong>de</strong>r dat we telkens een an<strong>de</strong>re motor nodig hebben. Voor het<br />
vervoer zijn we dan <strong>op</strong>eens veel min<strong>de</strong>r afhankelijk gewor<strong>de</strong>n van aardolie.<br />
Daarnaast kan met waterstof ook elektriciteit en warmte wor<strong>de</strong>n geproduceerd<br />
voor <strong>de</strong> gebouw<strong>de</strong> omgeving.<br />
Omdat waterstof uit zeer veel bronnen gemaakt kan wor<strong>de</strong>n, biedt het <strong>de</strong><br />
mogelijkheid om een veel flexibelere energiehuishouding te creëren dan onze<br />
huidige, waarin aardolie voor het vervoer, aardgas voor huishou<strong>de</strong>lijk gebruik en<br />
aardgas en kolen voor centrale elektriciteits<strong>op</strong>wekking domineren.<br />
Klimaat<br />
Omdat waterstof zelf geen koolstof bevat, vindt bij <strong>de</strong> omzetting ervan geen<br />
emissie van kooldioxi<strong>de</strong> plaats. Het is <strong>de</strong> primaire energiebron waaruit <strong>de</strong><br />
waterstof wordt gemaakt en het ren<strong>de</strong>ment van <strong>de</strong> gehele keten van bron tot<br />
eindgebruik, die bepaalt hoeveel kooldioxi<strong>de</strong> uitein<strong>de</strong>lijk vrijkomt.<br />
De energiebron die nu het meest in aanmerking komt om waterstof uit te<br />
produceren is aardgas. Dat is een fossiele bron met een hoge waterstof/koolstof<br />
verhouding, waardoor <strong>de</strong> waterstof<strong>op</strong>brengst hoog is en <strong>de</strong> kooldioxi<strong>de</strong> uitstoot<br />
relatief laag. De aardgas voorraad is groot, ten <strong>op</strong>zichte van <strong>de</strong> voorraad aan olie.<br />
Indien <strong>de</strong> geproduceer<strong>de</strong> CO2 wordt afgevangen, dan is <strong>de</strong>ze waterstof<br />
klimaatneutraal.
Op <strong>de</strong> langere termijn is het aantrekkelijk waterstof uit an<strong>de</strong>re bronnen te maken.<br />
Dit kunnen hernieuwbare bronnen zijn, zoals win<strong>de</strong>nergie, zonne-energie en<br />
biomassa, of kolen en nucleaire energie. <strong>Waterstof</strong> uit kolen is vanuit het oogpunt<br />
van klimaatbeleid alleen verantwoord als het daarbij vrijkomen<strong>de</strong> kooldioxi<strong>de</strong><br />
wordt afgevangen en <strong>op</strong>geslagen. <strong>Waterstof</strong> uit nucleaire energie is weliswaar<br />
klimaatneutraal, maar gaat wel gepaard met <strong>de</strong> productie van radioactief afval.<br />
Ste<strong>de</strong>lijke luchtkwaliteit<br />
Een zeer belangrijk voor<strong>de</strong>el van waterstof is dat bij <strong>de</strong> omzetting ervan <strong>naar</strong><br />
kracht en warmte, er veel min<strong>de</strong>r tot geen scha<strong>de</strong>lijke stoffen geproduceerd<br />
wor<strong>de</strong>n. Hierdoor kan waterstof een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van<br />
<strong>de</strong> luchtkwaliteit. Met name bij gebruik in <strong>de</strong> vervoerssector kunnen <strong>de</strong> emissies<br />
van fijn stof, stikstofoxi<strong>de</strong>n en onverbran<strong>de</strong> koolwaterstoffen sterk gereduceerd<br />
wor<strong>de</strong>n.<br />
<strong>Waterstof</strong> als on<strong>de</strong>r<strong>de</strong>el van <strong>de</strong> gehele energieketen<br />
Er zijn vele mogelijkhe<strong>de</strong>n om waterstof te produceren, te distribueren en in te<br />
zetten. De keuze voor <strong>de</strong> bronnen wor<strong>de</strong>n on<strong>de</strong>r an<strong>de</strong>re bepaald door <strong>de</strong><br />
beschikbaarheid en kosten van <strong>de</strong> diverse bronnen, en wat voor an<strong>de</strong>re<br />
toepassingen er zijn voor <strong>de</strong> betreffen<strong>de</strong> bron. Zo kan men mid<strong>de</strong>ls elektrolyse<br />
waterstof maken uit win<strong>de</strong>nergie, maar <strong>de</strong>zelf<strong>de</strong> win<strong>de</strong>nergie kan ook direct als<br />
elektriciteit gebruikt wor<strong>de</strong>n. Dit laatste leidt over het algemeen tot grotere<br />
energiebesparing dan <strong>de</strong> waterstofroute.<br />
Bij het maken van waterstof wordt niet alle energie van <strong>de</strong> oorspronkelijke bron<br />
omgezet in waterstof. Dit verlies moet later gecompenseerd wor<strong>de</strong>n door hogere<br />
ren<strong>de</strong>menten in <strong>de</strong> omzetting, of door an<strong>de</strong>re voor<strong>de</strong>len.<br />
De wijze van transport en distributie wordt voornamelijk bepaald door <strong>de</strong> afstand<br />
tussen productie en gebruik, en <strong>de</strong> te vervoeren hoeveelheid waterstof.<br />
Het transport van waterstof over grote afstan<strong>de</strong>n gaat gepaard met grote<br />
energieverliezen. Het is daardoor niet waarschijnlijk dat aan <strong>de</strong> ene kant van <strong>de</strong><br />
aar<strong>de</strong> <strong>de</strong> waterstof gemaakt wordt, om vervolgens <strong>naar</strong> <strong>de</strong> an<strong>de</strong>re kant van <strong>de</strong><br />
wereld vervoerd te wor<strong>de</strong>n. Hoe korter <strong>de</strong> vervoersafstand, <strong>de</strong>s te min<strong>de</strong>r <strong>de</strong><br />
verliezen.
Kolen<br />
Kooldioxi<strong>de</strong><br />
Opslag<br />
Aardolie<br />
produkten<br />
Vervoer<br />
Weg/water/lucht<br />
Figuur 3. De waterstofketen.<br />
Zon<br />
Wind<br />
Nucleair<br />
Het gebruik van waterstof zal voornamelijk plaatsvin<strong>de</strong>n in het vervoer, en in <strong>de</strong><br />
gecombineer<strong>de</strong> <strong>op</strong>wekking van warmte en kracht. Wanneer waterstof beschikbaar<br />
is, kan hiervan het meest efficiënt gebruik gemaakt wor<strong>de</strong>n door het inzetten van<br />
brandstofcellen. De brandstofcel is, net als een batterij, een apparaat waarmee<br />
direct elektriciteit gemaakt wordt uit twee stoffen die geschei<strong>de</strong>n van elkaar<br />
omgezet wor<strong>de</strong>n. In het geval van <strong>de</strong> brandstofcel <strong>op</strong> waterstof en lucht komt<br />
slechts water als afvalproduct vrij. Het omzettingsren<strong>de</strong>ment in <strong>de</strong> brandstofcel is<br />
hoog, typisch zo’n 50% of meer.<br />
Pt/C<br />
H 2<br />
O 2<br />
Aardgas<br />
LPG<br />
<strong>Waterstof</strong><br />
Biomassa<br />
Opslag/Transport/<br />
Distributie<br />
O-O<br />
H-H H H + + e -<br />
O + 2 H + + 2 e -<br />
Gebouw<strong>de</strong> Omgeving<br />
Industrie<br />
Figuur 4. Basisprincipe van een brandstofcel (PEMFC). <strong>Waterstof</strong> en zuurstof (lucht) reageren<br />
geschei<strong>de</strong>n van elkaar en produceren elektrische stroom en water.<br />
Door <strong>de</strong> combinatie van waterstof en brandstofcellen in het vervoer wor<strong>de</strong>n veel<br />
voor<strong>de</strong>len in één keer geboekt: het vervoer wordt schoon, stil en zuinig. De<br />
brandstofprijs wordt niet meer bepaald door <strong>de</strong> prijs van ruwe olie, en ook als <strong>de</strong><br />
olie <strong>op</strong>raakt kunnen we blijven rij<strong>de</strong>n.<br />
Men kan ook waterstof omzetten in verbrandingsmotoren. Hiermee wordt<br />
weliswaar een aantal van <strong>de</strong> genoem<strong>de</strong> winstpunten ook geboekt, maar over het<br />
H +<br />
e-<br />
H 2 O<br />
Totale reactie: 2 H 2 + O 2 → 2H 2O + elektriciteit + warmte
algemeen in min<strong>de</strong>re mate. Het omzettingsren<strong>de</strong>ment zal lager zijn, er blijven<br />
emissies plaatsvin<strong>de</strong>n van stikstofoxi<strong>de</strong>n, en omdat smeerolie nodig blijft zal ook<br />
een <strong>de</strong>el van <strong>de</strong> vervuiling met koolwaterstoffen en <strong>de</strong>eltjes plaats blijven vin<strong>de</strong>n.<br />
Ook zal het vervoer niet stiller wor<strong>de</strong>n als auto's gebruik blijven maken van interne<br />
verbrandingsmotoren.<br />
Voor <strong>de</strong> on<strong>de</strong>rlinge vergelijking van diverse <strong>op</strong>ties nu en in <strong>de</strong> toekomst <strong>naar</strong><br />
energiegebruik en CO2-produktie voert men ketenanalyses uit. In <strong>de</strong>ze analyses<br />
wordt voor alle stappen in <strong>de</strong> keten uitgerekend hoeveel energie verloren gaat en<br />
hoeveel CO2 geproduceerd wordt.<br />
Om een auto <strong>op</strong> benzine te laten rij<strong>de</strong>n moet ruwe aardolie gewonnen wor<strong>de</strong>n,<br />
<strong>de</strong>ze wordt bijvoorbeeld per olietanker <strong>naar</strong> een raffina<strong>de</strong>rij vervoerd, alwaar<br />
benzine geproduceerd wordt. Deze benzine wordt per tankauto <strong>naar</strong> <strong>de</strong><br />
benzinepomp gebracht, en getankt door <strong>de</strong> gebruiker van <strong>de</strong> auto. In <strong>de</strong>ze hele<br />
keten gaat nu gaat ongeveer 12% van <strong>de</strong> energie verloren, wat relatief weinig is.<br />
Het rij<strong>de</strong>n <strong>op</strong> <strong>de</strong> benzine met een verbrandingsauto is juist weer heel inefficiënt,<br />
min<strong>de</strong>r dan 20% van <strong>de</strong> energie van <strong>de</strong> benzine in <strong>de</strong> tank wordt omgezet in <strong>de</strong><br />
be<strong>weg</strong>ingsenergie van <strong>de</strong> auto. Een <strong>de</strong>rgelijke ketenanalyse kan voor ie<strong>de</strong>re<br />
toepassing met een bepaal<strong>de</strong> brandstof gedaan wor<strong>de</strong>n, dus ook voor het koken<br />
<strong>op</strong> aardgas, of dat uit Slochteren komt of uit Rusland.<br />
Voor toepassingen <strong>op</strong> waterstof kan men dit ook doen. De productie van <strong>de</strong><br />
waterstof uit een bepaal<strong>de</strong> bron, <strong>de</strong> <strong>op</strong>slag en distributie van waterstof, en het<br />
gebruik ervan in een brandstofceltoepassing of verbrandingstoepassing gaan stap<br />
voor stap gepaard met energieverliezen.<br />
In on<strong>de</strong>rstaan<strong>de</strong> figuur is <strong>de</strong> vergelijking weergegeven hoe voor <strong>de</strong>zelf<strong>de</strong> rit van<br />
100 km het energiegebruik, <strong>de</strong> CO2 emissies en <strong>de</strong> emissies van scha<strong>de</strong>lijke<br />
stoffen eruitzien voor een auto met verbrandingsmotor <strong>op</strong> benzine en een<br />
brandstofcelauto <strong>op</strong> waterstof. Hieruit blijkt dat ondanks <strong>de</strong> energie die verloren<br />
gaat bij <strong>de</strong> productie van waterstof, <strong>de</strong> hoeveelheid benodig<strong>de</strong> energie, en <strong>de</strong><br />
emissies van CO2 bedui<strong>de</strong>nd lager zijn dan voor <strong>de</strong> auto <strong>op</strong> benzine. Dit komt<br />
door het bedui<strong>de</strong>nd lagere energiegebruik van <strong>de</strong> brandstofcelauto per gere<strong>de</strong>n<br />
kilometer in vergelijking met <strong>de</strong> auto met verbrandingsmotor <strong>op</strong> benzine.<br />
Benzine auto<br />
Primaire Energie<br />
CO2 emissies<br />
Lokale emissies<br />
CO ; NOx ; HC<br />
Brandstofcelauto <strong>op</strong> waterstof<br />
Primaire Energie<br />
CO2 emissies<br />
Lokale emissies<br />
CO ; NOx ; HC<br />
283 MJ<br />
21 kg<br />
48 g ; 3 g ; 3 g<br />
196 MJ<br />
11 kg (aardgas) of 2 kg (biomassa)<br />
of 0 kg (win<strong>de</strong>nergie)<br />
0 g ; 0 g ; 0 g<br />
Figuur 5 . Vergelijking van energiegebruik, emissies van CO2 en lokale emissies per 100 km voor<br />
een benzine auto(status 2010) en een brandstofcelauto(hybri<strong>de</strong>) <strong>op</strong> waterstof. Energiegebruik en<br />
CO2 emissies <strong>op</strong> basis van studie General Motors [10], lokale emissies <strong>op</strong> basis van<br />
emissiedatabank VITO [11].
De waterstofeconomie - wat is dat?<br />
On<strong>de</strong>r een waterstofeconomie verstaat men een samenleving waarin het<br />
energiegebruik <strong>op</strong> grote schaal gebruik maakt van waterstof als energiedrager.<br />
Typische kenmerken, zoals geïllustreerd in Figuur 6, zijn:<br />
- het vervoer gebruikt waterstof als brandstof, doorgaans met behulp van<br />
brandstofcellen<br />
- elektriciteit wordt <strong>de</strong>centraal <strong>op</strong>gewekt in <strong>de</strong> vorm van warmte-kracht <strong>op</strong>wekking,<br />
<strong>op</strong> niveau van woningen en kantoren<br />
- waterstof wordt gemaakt uit win<strong>de</strong>nergie, zonne-energie, en fossiele<br />
brandstoffen waarbij het kooldioxi<strong>de</strong> wordt <strong>op</strong>geslagen<br />
- energiegebruik in het vervoer en in huis wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong> een slimme manier<br />
gecombineerd. De auto kan thuis getankt wor<strong>de</strong>n met <strong>de</strong> thuis beschikbare<br />
waterstof. Maar <strong>de</strong> auto kan ook elektriciteit leveren aan het huis.<br />
Figuur 6. Voorbeeld van een waterstofeconomie. Bron: www.GII.com<br />
De geschetste beel<strong>de</strong>n rond <strong>de</strong> waterstofeconomie zijn doorgaans alomvattend,<br />
en schetsen een i<strong>de</strong>aalbeeld. Soms wordt voorbijgegaan aan fundamentele<br />
barrières.<br />
Zo'n alomvatten<strong>de</strong> waterstofeconomie is nog ver <strong>weg</strong>, en komt er misschien wel<br />
nooit. Waar onze samenleving om vraagt is een rationeel, efficiënt gebruik van<br />
energie, met zo min mogelijk uitstoot van kooldioxi<strong>de</strong> en an<strong>de</strong>re scha<strong>de</strong>lijke<br />
gassen, en een zo laag mogelijk gebruik van schaarse bronnen. Deze toekomstige<br />
samenleving kan gebruik maken van twee universele energiedragers, elektriciteit<br />
en waterstof.<br />
Onze huidige energievoorziening is gebaseerd <strong>op</strong> niet-schaarse bronnen en het<br />
zo volledig mogelijk gebruik maken van <strong>de</strong> productiecapaciteit. Dit kan zolang <strong>de</strong><br />
bronnen <strong>op</strong> ie<strong>de</strong>r moment beschikbaar zijn, en reservecapaciteit beschikbaar is<br />
voor het uitvallen van een <strong>de</strong>el van <strong>de</strong> productiecapaciteit.<br />
We moeten er rekening mee hou<strong>de</strong>n dat het energieaanbod schaars wordt, of dat<br />
aanbod nu afkomstig is van fossiele bronnen of van hernieuwbare bronnen.
Wanneer energiebronnen schaars en dus duur zijn, en niet <strong>op</strong> elk moment<br />
beschikbaar, dan zou onze energievoorziening misschien gekenmerkt moeten<br />
wor<strong>de</strong>n door een veel grotere productiecapaciteit; <strong>de</strong>ze wordt alleen dan benut<br />
wanneer <strong>de</strong> meest <strong>op</strong>timale bron <strong>op</strong> dat moment ingezet wordt. Wanneer het<br />
waait wordt alle win<strong>de</strong>nergie benut, en staan an<strong>de</strong>re flexibele productie-eenhe<strong>de</strong>n<br />
stil. Waait het onvoldoen<strong>de</strong>, dan wor<strong>de</strong>n productie-eenhe<strong>de</strong>n ingezet waarvan <strong>de</strong><br />
brandstof gebufferd kan wor<strong>de</strong>n.<br />
Dit kan ertoe lei<strong>de</strong>n dat in het elektriciteitsgebruik voorzien wordt door<br />
win<strong>de</strong>nergie, zonne-energie en kernenergie, zon<strong>de</strong>r enige tussenkomst van<br />
waterstof. Bij ver<strong>de</strong>rgaan<strong>de</strong> invoering van energiezuinige woningen, gebruik van<br />
warmtepompen en <strong>de</strong>rgelijke, gaat waterstof wellicht ook geen rol spelen bij <strong>de</strong><br />
verwarming van woningen.<br />
Het vervoer heeft echter weinig an<strong>de</strong>re lange termijn toekomstperspectieven dan<br />
waterstof als schone brandstof. Geen an<strong>de</strong>re energiedrager is zo universeel<br />
toepasbaar in het vervoer als waterstof. Biobrandstoffen hebben als na<strong>de</strong>el dat<br />
ook zij maar uit één bron geproduceerd kunnen wor<strong>de</strong>n. Verbranding van<br />
biobrandstoffen in verbrandingsmotoren levert evenzo scha<strong>de</strong>lijke emissies <strong>op</strong> als<br />
stikstofoxi<strong>de</strong>n, koolwaterstoffen, en kooldioxi<strong>de</strong>. Biobrandstoffen zijn slechts dan<br />
klimaatneutraal wanneer een even grote hoeveelheid kooldioxi<strong>de</strong> door nieuwe<br />
teelt wordt <strong>op</strong>genomen. De benodig<strong>de</strong> landbouwgrond mag niet ten koste gaan<br />
van landbouwgrond voor voedingsgewassen, zolang een significant <strong>de</strong>el van <strong>de</strong><br />
wereldbevolking lijdt on<strong>de</strong>r voedselschaarste.<br />
Anno 2006 is een aantal aspecten van <strong>de</strong> waterstofeconomie technisch<br />
ge<strong>de</strong>monstreerd. Stadsbussen die gebaseerd zijn <strong>op</strong> brandstofcellen en die<br />
waterstof als brandstof tanken, rij<strong>de</strong>n in <strong>de</strong> reguliere dienstregeling in tien grote<br />
ste<strong>de</strong>n, waaron<strong>de</strong>r Amsterdam.<br />
Figuur 7. Links: Brandstofcelbus (Daimler Chrysler) in <strong>de</strong> dagelijkse dienstregeling in Amsterdam.<br />
Rechts: waterstoftanken <strong>op</strong> <strong>de</strong> GVB busremise in Amsterdam Noord.<br />
Fotoos: René van <strong>de</strong>n Burg
Wereldwijd rij<strong>de</strong>n tientallen brandstofcelpersonenauto's rond <strong>op</strong> waterstof. In <strong>de</strong><br />
USA wordt zelfs door een gezin een brandstofcelauto <strong>op</strong> waterstof geleased voor<br />
500 euro per maand. Dit is ongetwijfeld slechts een fractie van <strong>de</strong> werkelijke<br />
kosten.<br />
Figuur 8. Leaseauto van Honda in <strong>de</strong> USA (links) en het tanken van waterstof door <strong>de</strong> consument<br />
(rechts)<br />
Stationaire <strong>op</strong>wekking van elektriciteit en warmte wordt in <strong>de</strong>monstratieprojecten<br />
met brandstofcellen gerealiseerd. Meestal zijn dit installaties die <strong>de</strong> waterstof ter<br />
plekke maken uit aardgas, of afvalgas van rioolwaterzuiveringen.<br />
Technisch haalbaar nu wil echter niet zeggen dat <strong>de</strong>ze toepassingen ook<br />
economisch toepasbaar zijn.<br />
Figuur 9 . Stationaire brandstofcel (Fosforzure brandstofcel van UTC) van 200 kW voor <strong>de</strong><br />
productie van elektriciteit en warmte. De waterstof wordt in <strong>de</strong> installatie gemaakt uit aardgas.<br />
Bij <strong>de</strong> technische haalbaarheid moet <strong>de</strong> kanttekening gemaakt wor<strong>de</strong>n dat<br />
levensduur en robuustheid van <strong>de</strong> technologie verbeterd moeten wor<strong>de</strong>n. Een<br />
autobezitter wenst geen concessies te doen <strong>op</strong> <strong>de</strong>ze gebie<strong>de</strong>n ten <strong>op</strong>zichte van<br />
<strong>de</strong> auto die hij nu rijdt. De auto moet altijd starten, en in korte tijd <strong>op</strong> vol vermogen<br />
kunnen rij<strong>de</strong>n. Of dat nu bij temperaturen ver on<strong>de</strong>r nul is, of bij 35 ºC een<br />
berghelling <strong>op</strong>.<br />
Ook <strong>de</strong> toekomstige bezitter van een warmtekrachtinstallatie is nu gewend aan<br />
grote leveringszekerheid van elektriciteit en warmte. Alleen bij hoge uitzon<strong>de</strong>ring<br />
valt <strong>de</strong> elektriciteit in Ne<strong>de</strong>rland uit, <strong>de</strong> aardgasvoorziening is nog betrouwbaar<strong>de</strong>r.<br />
En het mag voor <strong>de</strong> consument natuurlijk niet duur<strong>de</strong>r zijn dan <strong>de</strong> huidige<br />
technologie.<br />
Om <strong>de</strong> gebruikers over te laten stappen <strong>op</strong> nieuwe technologie, moeten <strong>de</strong>ze<br />
meerwaar<strong>de</strong> gebo<strong>de</strong>n wor<strong>de</strong>n gebo<strong>de</strong>n ten <strong>op</strong>zichte van <strong>de</strong> huidige technologie.<br />
Voor het milieu zijn gebruikers niet bereid meer te betalen, of zelfs bij gelijke<br />
kosten over te stappen.<br />
Toepassing van brandstofcellen in het vervoer stelt <strong>de</strong> gebruiker in staat<br />
elektriciteit te gebruiken als <strong>de</strong> motor uit staat. Voor personenauto's betekent dat
ijvoorbeeld dat <strong>de</strong> airconditioning aan kan blijven bij stilstand, of dat <strong>de</strong> auto<br />
elektriciteit levert <strong>op</strong> <strong>de</strong> camping. Voor vrachtauto's betekent het dat <strong>de</strong> koelwagen<br />
gekoeld kan wor<strong>de</strong>n zon<strong>de</strong>r het bijzon<strong>de</strong>r ongunstige stationair draaien van <strong>de</strong><br />
motor.<br />
Toepassing in <strong>de</strong> stationaire elektriciteits- en warmte<strong>op</strong>wekking geeft <strong>de</strong> gebruiker<br />
gelijktijdig een noodstroomvoorziening. Dit is voor <strong>de</strong> zakelijke gebruiker van direct<br />
commercieel belang, voor <strong>de</strong> huishou<strong>de</strong>lijke gebruiker in Ne<strong>de</strong>rland wellicht iets<br />
min<strong>de</strong>r.<br />
Wat in elk geval nodig is voor grootschalig waterstofgebruik is een <strong>de</strong>kken<strong>de</strong><br />
waterstofinfrastructuur. De ervaring van oliemaatschappij BP is dat consumenten<br />
pas overschakelen <strong>op</strong> een nieuwe brandstof, wanneer <strong>de</strong>ze <strong>op</strong> 20-30% van <strong>de</strong><br />
tankstations beschikbaar is [12]. Ne<strong>de</strong>rland telt zo'n 3750 tankstations.<br />
Voor waterstof betekent dit dat minimaal 1000 stations waterstof moeten<br />
aanbie<strong>de</strong>n. Dat kan in verschillen<strong>de</strong> vormen, bijvoorbeeld vloeibaar waterstof,<br />
waterstof <strong>op</strong> 350 bar en <strong>op</strong> 700 bar. De vraag is of <strong>de</strong>ze verschei<strong>de</strong>nheid<br />
economisch haalbaar is, of dat tegen <strong>de</strong> tijd dat grootschalige introductie<br />
plaatsvindt, een keuze gemaakt moet wor<strong>de</strong>n tussen <strong>de</strong>ze varianten.<br />
Het tankstation zelf kan weer <strong>op</strong> verschillen<strong>de</strong> manieren bevoorraad wor<strong>de</strong>n met<br />
waterstof. Zo is voorstelbaar dat <strong>de</strong> grote tankstations aan <strong>de</strong> snel<strong>weg</strong>en voorzien<br />
wor<strong>de</strong>n mid<strong>de</strong>ls een waterstofpijpleiding, terwijl kleinere stations <strong>op</strong> locatie<br />
waterstof maken uit aardgas, of mid<strong>de</strong>ls elektrolyse. Ook is het mogelijk dat<br />
tankstations bevoorraad wor<strong>de</strong>n met tankwagens, die vloeibare waterstof<br />
bevatten.<br />
Voor stationair gebruik kan afhankelijk van <strong>de</strong> grootte van <strong>de</strong> installatie <strong>de</strong><br />
waterstof <strong>op</strong> locatie gemaakt wor<strong>de</strong>n of aangevoerd wor<strong>de</strong>n. Van<strong>weg</strong>e grotere<br />
beschikbare ruimte en lagere dynamiek van <strong>de</strong> systemen, is het in veel gevallen<br />
mogelijk <strong>de</strong> waterstof te produceren waar hij nodig is. Hierdoor kan introductie van<br />
brandstofcellen en waterstof plaatsvin<strong>de</strong>n zon<strong>de</strong>r een uitgebrei<strong>de</strong> infrastructuur<br />
van waterstof.<br />
De re<strong>de</strong>nen om over te stappen <strong>op</strong> waterstof, zijn met name <strong>de</strong> problemen die pas<br />
<strong>op</strong> lange termijn urgent wor<strong>de</strong>n, zeker voor <strong>de</strong> burger. Het gaat daarnaast om<br />
maatschappelijke problemen, niet zozeer om individuele. Het grootschalige<br />
gebruik van waterstof is eer<strong>de</strong>r een kwestie van <strong>de</strong>cennia dan van jaren. Maar om<br />
<strong>op</strong> tijd klaar te zijn voor dit grootschalige gebruik, moet wel <strong>op</strong> korte termijn actie<br />
genomen wor<strong>de</strong>n.<br />
De betrouwbaarheid van <strong>de</strong> technologie moet verbeterd wor<strong>de</strong>n door toepassing<br />
in <strong>de</strong> <strong>praktijk</strong>. Productiecapaciteit moet <strong>op</strong>gebouwd wor<strong>de</strong>n, <strong>de</strong> infrastructuur<br />
ontworpen en gebouwd. Voor <strong>de</strong> eerste <strong>de</strong>monstraties en <strong>praktijk</strong>toepassingen<br />
moet <strong>de</strong> regelgeving <strong>op</strong> or<strong>de</strong> zijn.<br />
Juist omdat <strong>de</strong> burger als consument zich laat lei<strong>de</strong>n door zijn korte termijn<br />
behoeften, en ook <strong>de</strong> meeste bedrijven winstgevendheid van hun bedrijfsvoering<br />
<strong>op</strong> korte termijn laten prevaleren, is voor <strong>de</strong> overheid een belangrijke taak<br />
<strong>weg</strong>gelegd om <strong>de</strong> ontwikkeling van een waterstofeconomie <strong>op</strong> gang te brengen,<br />
en ka<strong>de</strong>rs te scheppen voor <strong>de</strong> algehele inrichting ervan.<br />
Voor industrieën is het belangrijk te weten hoe <strong>op</strong> <strong>de</strong> lange termijn <strong>de</strong> condities<br />
zijn waaron<strong>de</strong>r hun producten <strong>op</strong> <strong>de</strong> markt gebracht kunnen wor<strong>de</strong>n.<br />
Belastingregimes, subsidieregelingen, regelgeving en standaardisatie, zijn
allemaal zaken die bepalen of nieuwe toepassingen wel of niet snel<br />
geïntroduceerd kunnen wor<strong>de</strong>n. Als <strong>de</strong> overheid wil dat schone technologie<br />
gebruikt wordt, moet zij òf schone technologie subsidiëren, òf vervuilen<strong>de</strong><br />
technologie belasten. Bij het aanbeste<strong>de</strong>n van het <strong>op</strong>enbaar vervoer zou inzet van<br />
schone bussen beloond moeten wor<strong>de</strong>n, en niet alleen <strong>de</strong> prijs doorslaggevend<br />
moeten zijn.<br />
Op het gebied van infrastructuur is een belangrijke rol voor <strong>de</strong> overheid<br />
<strong>weg</strong>gelegd. Als zij wil voorkomen dat drie verschillen<strong>de</strong>, niet <strong>op</strong> elkaar<br />
aansluiten<strong>de</strong>, distributiewijzen ontstaan, is het zaak dat <strong>de</strong> overheid zelf een<br />
standaard ontwikkelt. Grootschalige infrastructuur vereist een zodanig grote<br />
investering, dat <strong>de</strong>ze het vermogen van private partijen overstijgt. Net als overige<br />
infrastructurele investeringen zal ook <strong>de</strong> overheid <strong>de</strong> infrastructuur van waterstof<br />
voor haar rekening moeten nemen.<br />
En tenslotte moet <strong>de</strong> overheid natuurlijk het goe<strong>de</strong> voorbeeld geven bij aanschaf<br />
van installaties en voertuigen.<br />
Figuur 10. Mogelijke waterstofinfrastructuur in het jaar 2050. Een lan<strong>de</strong>lijk <strong>de</strong>kkend leidingwerk<br />
zorgt voor beschikbaarheid van waterstof in tankstations voor auto's. De waterstof wordt vanuit<br />
verschillen<strong>de</strong> bronnen geproduceerd en gevoed in dit leidingnet.
Referenties<br />
[1] B. Eliasson en U. Bossel, in Proceedings of the Fuel Cell World, Lucerne, 1-5 July 2002,<br />
ed. M. Nurdin, Eur<strong>op</strong>ean Fuel Cell Forum, Oberrohrdorf, Switzerland, 2002, p.367.<br />
[2] BP Statistical Review of World Energy 2005, www.bp.com.<br />
[3] The Economist, June 28th, 2003.<br />
[4] KNMI '06 scenario's, www.knmi.nl/klimaatscenarios<br />
[5] National Geographic, September 2004.<br />
[6] The Economist, June 8th, 2006.<br />
[7] Commission of the Eur<strong>op</strong>ean Communities, COM(2005) 35 final<br />
[8] M.G.J. <strong>de</strong>n Elzen, M. Meinshausen, MNP Report 728001031/2005<br />
[9] Zie http://www.rivm.nl/milieukwaliteit/lucht/<br />
[10] GM Well to Wheel Analysis of Energy Use and Greenhouse Gas Emissions of Advanced<br />
Fuel Vehicle Systems - a Eur<strong>op</strong>ean Study, L-B Systemtechnik GmbH, Ottobrun, 27 Sept<br />
2002. www.lbst.<strong>de</strong>/gm-wtw<br />
[11] Emissiedatabank VITO: www.emis.vito.be<br />
[12] www.bp.com<br />
[13] Handbook of Chemistry and Physics, 64th edition (1983-1984), ed. R.C.<br />
Weast , CRC Press, Boca Raton, Florida.<br />
[14] Hydrogen Pr<strong>op</strong>erties, College of the Desert, rev.0, December 2001, beschikbaar <strong>op</strong><br />
http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/tech_validation/h2_manual.html.<br />
[15] Chemiekaarten, versie 2006.
<strong>Waterstof</strong> en veiligheid<br />
Nico Versloot<br />
Programmalei<strong>de</strong>r Procesveiligheid en gevaarlijke stoffen<br />
TNO Defensie en Veiligheid<br />
Ontwikkeling van veilige technologieën<br />
Veiligheid is een belangrijk en vaak on<strong>de</strong>rgewaar<strong>de</strong>erd aspect van nieuwe<br />
technologieën. In <strong>de</strong> ontwikkelingsfase van technologieën en producten wordt<br />
het belang hiervan vaak wel on<strong>de</strong>rkend, maar bij implementatie vormt<br />
veiligheid (te) vaak een sluitpost. Toch bestaat voldoen<strong>de</strong> ervaring met <strong>de</strong> rol<br />
van veiligheid, bijvoorbeeld in <strong>de</strong> automobielindustrie en <strong>de</strong> farmaceutische<br />
industrie.<br />
Het is van belang dat veiligheidsaspecten integraal wor<strong>de</strong>n meegenomen om<br />
verrassingen aan het eind van <strong>de</strong> rit te voorkómen. Dit strekt zich uit over een<br />
breed terrein, met voor buitenstaan<strong>de</strong>rs vaak onverwachte aspecten.<br />
Veiligheid is een vak èn een technologie: veiligheid vereist een specifieke,<br />
vakmatige bena<strong>de</strong>ring om knelpunten te signaleren, waarvoor technologische<br />
<strong>op</strong>lossingen moeten wor<strong>de</strong>n gevon<strong>de</strong>n. Veiligheid grijpt ook in <strong>op</strong> slecht<br />
kwantificeerbare zaken als publieke acceptatie, iets wat voor technologische<br />
ontwikkelaars vaak moeilijk te appreciëren is. Dit aspect wordt goed verwoord<br />
door het standpunt van het Ministerie van Economische Zaken: "acceptatie<br />
van nieuwe technologieën door het publiek is kwetsbaar voor 'failures' en<br />
onhandige routes".<br />
Ontwikkeling van veilige waterstoftechnologie<br />
Kijken we specifiek <strong>naar</strong> <strong>de</strong> ontwikkeling van waterstoftechnologie, dan zien<br />
we een veelheid aan technologieën elk met eigen veiligheidsaspecten:<br />
productie, <strong>op</strong>slag, transport, en gebruik. Veiligheid speelt dus een rol in <strong>de</strong><br />
gehele keten.<br />
Hoe die keten eruit zal zien is in vele aspecten nog <strong>op</strong>en. Zal waterstof<br />
<strong>de</strong>centraal of centraal wor<strong>de</strong>n geproduceerd, via reforming of elektrolyse? Als<br />
het centraal wordt geproduceerd, moet het wor<strong>de</strong>n getransporteerd; hoe zal<br />
dat gebeuren, via trucks of per pijpleiding? Hoe zal het wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong>geslagen,<br />
vloeibaar of on<strong>de</strong>r hoge druk (tot 700 bar!)? Welke beperkingen zullen in<br />
combinatie met <strong>de</strong> <strong>op</strong>slagtechniek aan waterstofauto's wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong>gelegd,<br />
zullen waterstofauto's net als LPG auto's wor<strong>de</strong>n geweerd in parkeergarages<br />
en misschien wel in tunnels? En hoe zal bij gebruik in het huishou<strong>de</strong>n<br />
waterstof wor<strong>de</strong>n aangevoerd - met consequenties voor veiligheidsvoor-<br />
schriften in huis?<br />
Ten aanzien van <strong>de</strong> veiligheid van waterstof circuleren mythes, die <strong>de</strong><br />
discussie niet verhel<strong>de</strong>ren. Zoals: "<strong>Waterstof</strong> lijkt toch erg <strong>op</strong> LPG en<br />
aardgas… dus kun je het <strong>op</strong> <strong>de</strong>zelf<strong>de</strong> manier behan<strong>de</strong>len." Of: "Vroeger<br />
had<strong>de</strong>n we toch al waterstof in stadsgas?! Nooit iets mee gebeurd…" En ook:<br />
"Er is al veel ervaring in <strong>de</strong> industrie, dus het zit wel goed met<br />
waterstofveiligheid!" Wij dienen ons hierdoor niet te laten lei<strong>de</strong>n, maar elke<br />
vorm van gebruik <strong>op</strong> zijn eigen merites beoor<strong>de</strong>len. Het is bijvoorbeeld niet
eëel, te <strong>de</strong>nken dat het publiek veiligheidsregels kan hanteren die in <strong>de</strong><br />
industrie gebruikelijk zijn, en bijvoorbeeld zon<strong>de</strong>r meer aan te nemen dat<br />
handling van een druk van 700 bar in het dagelijks leven zon<strong>de</strong>r problemen<br />
zal verl<strong>op</strong>en. Om <strong>de</strong>ze aspecten te on<strong>de</strong>rzoeken zijn <strong>de</strong>m<strong>op</strong>rojecten<br />
onmisbaar; pas daarna kan een techniek in <strong>de</strong> <strong>op</strong>enbare voorziening, on<strong>de</strong>r<br />
bewaking door <strong>de</strong> <strong>de</strong>skundige instanties, wor<strong>de</strong>n toegepast.<br />
Implementatie van veilige waterstoftechnologie<br />
<strong>Waterstof</strong> verschilt in een aantal <strong>op</strong>zichten van <strong>de</strong> conventionele brandstoffen.<br />
Dat wordt geïllustreerd met enkele gegevens.<br />
• <strong>Waterstof</strong> heeft een lage ontstekingsenergie: 0.02 mJ (vergelijk aardgas:<br />
0.3 mJ). Om dit in perspectief te plaatsen: <strong>de</strong> vonkjes die ontstaan bij het<br />
uittrekken van een kunststof trui hebben een energie van ca. 0,1 mJ<br />
• <strong>Waterstof</strong> brandt met een onzichtbare vlam<br />
• <strong>Waterstof</strong> heeft een breed explosieconcentratiegebied: een<br />
lucht/waterstofmengsel kan explo<strong>de</strong>ren bij een volumepercentage<br />
waterstof tussen 4 en 75% (aardgas: 5 – 15%); ontsnappen van waterstof<br />
in een besloten ruimte dient daarom te wor<strong>de</strong>n voorkómen<br />
• <strong>Waterstof</strong> is geur- en kleurloos<br />
• <strong>Waterstof</strong> heeft een hoge diffusiegraad en dringt door vele materialen<br />
heen<br />
• Er is bij waterstof grote kans <strong>op</strong> (kleine) lekkages<br />
Deze specifieke eigenschappen van waterstof vereisen een daar<strong>op</strong><br />
toegesne<strong>de</strong>n regelgeving. Vanuit veiligheidsoogpunt lijkt waterstof niet veel<br />
voor<strong>de</strong>len te bie<strong>de</strong>n boven LPG, het is eer<strong>de</strong>r een uitdaging door goe<strong>de</strong><br />
regelgeving toch een veilig gebruik te kunnen afdwingen. Een belangrijke rol<br />
is <strong>weg</strong>gelegd voor <strong>de</strong>tectiemethodieken voor ontsnappend waterstof,<br />
van<strong>weg</strong>e <strong>de</strong> onmogelijkheid om het met <strong>de</strong> zintuigen waar te nemen.<br />
Omdat veiligheid over <strong>de</strong> gehele waterstofketen geadresseerd moet wor<strong>de</strong>n<br />
zijn diverse regelgevingen en regelgeven<strong>de</strong> instanties van belang. Het<br />
ministerie van VROM is belast met regelgeving inzake productie en <strong>op</strong>slag.<br />
Het ministerie van Verkeer en Waterstaat gaat over veiligheid in het transport.<br />
Het ministerie van Sociale Zaken en Werkgelegenheid in belast met Arbo<br />
regels betreffen<strong>de</strong> het gebruik. Hierbij kan gedacht wor<strong>de</strong>n aan voorzieningen<br />
in werkplaatsen voor waterstofvoertuigen; <strong>de</strong> vereiste aanpassingen aan<br />
werkplaatsen zijn zeer wel vergelijkbaar met die bij gebruik van aardgas en<br />
LPG. En ook het ministerie van Binnenlandse Zaken is betrokken van<strong>weg</strong>e<br />
veiligheidskwesties.<br />
Regels zijn niet altijd goed <strong>op</strong> elkaar afgestemd en ook bij waterstof komt het<br />
voor dat regels van verschillen<strong>de</strong> instanties met elkaar botsen. Om te komen<br />
tot een hanteerbare en consistente verzameling regels dient een goe<strong>de</strong><br />
af<strong>weg</strong>ing plaats te vin<strong>de</strong>n tussen interne en externe veiligheid.<br />
Bij grootschalige introductie van waterstof is het belangrijk dat voldoen<strong>de</strong><br />
kennis over <strong>de</strong>ze technologie en zijn gevaren aanwezig is bij <strong>de</strong> betrokken<br />
instanties. Hierbij kan in <strong>de</strong> eerste plaats wor<strong>de</strong>n gedacht aan hulpverlenen<strong>de</strong><br />
instanties als brandweer, politie en ambulances. Volgens het Novem rapport
"<strong>Waterstof</strong> in brandweerbranche en verzekeringswezen" van januari 2002 is<br />
bij <strong>de</strong> brandweer voldoen<strong>de</strong> kennis aanwezig.<br />
Ook bij gemeenten en provincies dient kennis aanwezig te zijn, bijvoorbeeld<br />
met betrekking tot zonering zoals die geldt voor LPG <strong>op</strong>slag. Toepassing van<br />
het RIVM rekenmo<strong>de</strong>l voor <strong>de</strong> effecten van ongevallen met LPG <strong>op</strong>slag <strong>op</strong><br />
waterstof wordt momenteel on<strong>de</strong>rzocht. Ook bij proceseigenaren en<br />
gebruikers (<strong>de</strong> overige 'stakehol<strong>de</strong>rs') dient voldoen<strong>de</strong> kennis aanwezig te<br />
zijn.<br />
Het is onmogelijk, nu reeds te voorspellen welke problemen zich zullen gaan<br />
voordoen bij een technologie waarvan <strong>de</strong> grootschalige introductie misschien<br />
nog <strong>de</strong>rtig jaar <strong>op</strong> zich zal laten wachten. Het on<strong>de</strong>rzoek <strong>naar</strong><br />
waterstoftechnologieën is nog in volle gang en er bestaat geen zekerheid over<br />
<strong>de</strong> vraag of <strong>de</strong> technieken die nu wor<strong>de</strong>n ontwikkeld, daadwerkelijk <strong>op</strong> grote<br />
schaal zullen wor<strong>de</strong>n toegepast. Bij gebrek aan beter dienen wij ons echter te<br />
richten <strong>op</strong> wat zich momenteel aandient.<br />
Van <strong>de</strong> technieken die nu wor<strong>de</strong>n on<strong>de</strong>rzocht vormt hoge druk-<strong>op</strong>slag een<br />
echt nieuwe technologie, tenminste voor algemeen gebruik. On<strong>de</strong>rzoek <strong>naar</strong><br />
levensduur van <strong>op</strong>slagcilin<strong>de</strong>rs is absoluut noodzakelijk en vindt momenteel<br />
ook plaats. Gebruik van vloeibare waterstof wordt ook in veiligheids<strong>op</strong>zicht<br />
wel on<strong>de</strong>rzocht maar staat momenteel niet voor<strong>op</strong>. Ver<strong>de</strong>r is on<strong>de</strong>rzoek nodig<br />
over het gedrag van waterstof bij (inci<strong>de</strong>nteel) vrijkomen. De veiligheid van<br />
waterstoftankstations, afhankelijk van <strong>de</strong> gekozen technieken, is een<br />
belangrijk aandachtsgebied. Ook an<strong>de</strong>re vragen zijn van belang. Zoals: is een<br />
integratie met conventionele brandstoffen mogelijk? Wat zijn <strong>de</strong> te hanteren<br />
veiligheidsafstan<strong>de</strong>n? Hoe kan <strong>de</strong> veiligheid van <strong>de</strong> waterstofinfrastructuur<br />
wor<strong>de</strong>n gegaran<strong>de</strong>erd? Kan waterstof wor<strong>de</strong>n bijgemengd bij aardgas en zo<br />
ja, tot hoeveel procent? Hoe houdt het aardgasnetwerk zich dan? En zijn extra<br />
veiligheidsmaatregelen nodig voor tunnels en (parkeer)garages in geval van<br />
het (inci<strong>de</strong>nteel) vrijkomen van waterstof?<br />
(Inter)nationale ontwikkelingen<br />
<strong>Waterstof</strong> on<strong>de</strong>rvindt belangstelling over <strong>de</strong> hele wereld; internationale<br />
samenwerking is absoluut vereist. Vooral in <strong>de</strong> VS en Japan zet men veel<br />
vaart achter <strong>de</strong> ontwikkelingen en daarom kan internationale samenwerking<br />
ook niet beperkt blijven tot Eur<strong>op</strong>a.<br />
De voor Ne<strong>de</strong>rland belangrijke internationale projecten zijn:<br />
• EU Network of Excellence “HySafe”: Veiligheidsaspecten van waterstof<br />
De missie van HySafe luidt: “We bring it on the road and in your house -<br />
safely!” Aan het project nemen vijfentwintig bedrijven, (semi-<br />
)overheidsorganen en on<strong>de</strong>rzoeksinstellingen <strong>de</strong>el. Ne<strong>de</strong>rland wordt<br />
vertegenwoordigd door TNO.<br />
• IEA Task 19 "Hydrogen Safety" als on<strong>de</strong>r<strong>de</strong>el van <strong>de</strong> Hydrogen<br />
Implementing Agreement".<br />
Tot <strong>de</strong> <strong>de</strong>elnemers behoren <strong>de</strong> VS, Canada en Japan; ver<strong>de</strong>r <strong>de</strong> EU en<br />
daarnaast ook een aantal EU lidstaten afzon<strong>de</strong>rlijk, waaron<strong>de</strong>r Ne<strong>de</strong>rland.
Vooral dit laatste project is van eminent belang voor <strong>de</strong> toekomst van<br />
waterstof. De samenwerking in IEA-verband is heel goed, zodanig zelfs dat dit<br />
project wel een unicum genoemd kan wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong> het gebied van veiligheid.<br />
Het project is aangegaan voor drie jaar (eerste lo<strong>op</strong>tijd) en is gestart <strong>op</strong> 12<br />
oktober 2004.<br />
Conclusie<br />
Verantwoor<strong>de</strong> toepassing van waterstof lijkt mogelijk binnen het ka<strong>de</strong>r van<br />
<strong>de</strong>els nog <strong>op</strong> te stellen regels. Daarvoor is wel nodig dat ontwikkeling van<br />
veilige technologieën en daar<strong>op</strong> toegesne<strong>de</strong>n regelgeving blijft doorgaan.
Regelgeving rond waterstof: "van Brussel tot lokaal niveau"<br />
Marc Steen<br />
Head of Unit Cleaner Energies<br />
Instituut voor Energie, Gemeenschappelijk Centrum voor On<strong>de</strong>rzoek,<br />
Eur<strong>op</strong>ese Commissie<br />
Inleiding<br />
Het Gemeenschappelijk Centrum voor On<strong>de</strong>rzoek (GCO) van <strong>de</strong> Eur<strong>op</strong>ese<br />
Commissie verricht klantgericht wetenschappelijk en technisch on<strong>de</strong>rzoek ter<br />
on<strong>de</strong>rsteuning van beleidsvorming <strong>op</strong> Eur<strong>op</strong>ees niveau. Het vervult <strong>de</strong> rol van<br />
wetenschappelijke en technische referentie voor <strong>de</strong> Eur<strong>op</strong>ese Unie en is<br />
onafhankelijk van nationale of commerciële belangen. Het on<strong>de</strong>rsteunt alle<br />
Eur<strong>op</strong>ese beleidsorganen en draagt on<strong>de</strong>r meer bij tot het <strong>op</strong>stellen van <strong>de</strong><br />
strategische researchagenda voor een aantal Eur<strong>op</strong>ese<br />
on<strong>de</strong>rzoeksprioriteiten. Het GCO beschikt over zeven instituten in vijf<br />
lidstaten. Het Instituut voor Energie in Petten is één van die zeven instituten.<br />
De Eur<strong>op</strong>ese inspanningen met betrekking tot waterstof spelen zich af binnen<br />
een strategie, gericht <strong>op</strong> commerciële toepassing in <strong>de</strong> komen<strong>de</strong> <strong>de</strong>cennia.<br />
Hierbij grijpen R&D, <strong>de</strong>monstratieprojecten, marktontwikkeling en<br />
beleidsontwikkeling <strong>op</strong> elkaar in.<br />
Figuur 1. EU strategie voor <strong>de</strong> inzet van waterstof
Voorschriften, richtlijnen, normen<br />
Ten aanzien van risicovolle stoffen als waterstof is regelgeving vereist. Deze<br />
speelt zich <strong>op</strong> een aantal niveaus af. De meest belangrijke bepalingen krijgen<br />
<strong>de</strong> vorm van voorschriften (regulations). Deze zijn bin<strong>de</strong>nd, niet vrijblijvend, en<br />
beogen meestal <strong>de</strong> veiligheid en bescherming van werknemers, publiek en<br />
milieu. Ze wor<strong>de</strong>n vastgelegd in wetteksten. An<strong>de</strong>re nuttige bepalingen<br />
wor<strong>de</strong>n normen genoemd (standards); <strong>de</strong>ze wor<strong>de</strong>n niet in <strong>de</strong> wet vastgelegd<br />
en berusten <strong>de</strong>rhalve <strong>op</strong> vrijwillige toepassing. Normen wor<strong>de</strong>n geïnitieerd en<br />
<strong>op</strong>gesteld door belanghebben<strong>de</strong> partijen, en dragen bij tot vrij verkeer van<br />
goe<strong>de</strong>ren en diensten.<br />
Figuur 2. Verhouding tussen voorschriften (regulations) en normen (standards). Bron: Hysafe.<br />
Voorschriften wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong>gesteld door nationale wetgevers <strong>op</strong> basis van<br />
Eur<strong>op</strong>ese richtlijnen. Richtlijnen wor<strong>de</strong>n uitgevaardigd door <strong>de</strong> Eur<strong>op</strong>ese Unie<br />
(Commissie, Raad, Parlement) en zijn voor elke lidstaat bin<strong>de</strong>nd ten aanzien<br />
van het te bereiken resultaat. Richtlijnen moeten in <strong>de</strong> nationale rechtsor<strong>de</strong><br />
wor<strong>de</strong>n omgezet, waarbij aan <strong>de</strong> nationale instanties <strong>de</strong> bevoegdheid wordt<br />
gelaten vorm en mid<strong>de</strong>len te kiezen (art. 189 van het EG verdrag). Eur<strong>op</strong>ese<br />
wetgeving, heeft daarbij voorrang <strong>op</strong> nationale wetgeving.<br />
Behalve <strong>de</strong> Eur<strong>op</strong>ese Unie zijn ook <strong>de</strong> lidstaten regelgeven<strong>de</strong> autoriteiten,<br />
evenals internationale organisaties (on<strong>de</strong>rsteund door verdragen).<br />
Toepassing van <strong>de</strong>ze regels vindt plaats door vergunninggevers, die toezien<br />
<strong>op</strong> naleving van <strong>de</strong> voorschriften, daartoe gemandateerd door hun overhe<strong>de</strong>n.<br />
Naast regels wor<strong>de</strong>n zoals gezegd in het maatschappelijk verkeer ook<br />
(technische) normen gehanteerd, gebaseerd <strong>op</strong> vrijwillige toepassing. Op<br />
internationaal en Eur<strong>op</strong>ees niveau wor<strong>de</strong>n <strong>de</strong>ze veelal <strong>op</strong>gesteld door<br />
organisaties als CEN, CENELEC, ISO, IEC, SAE, ASME etc. Ook hier<br />
bestaan mechanismen om 'Eur<strong>op</strong>ese' normen over te zetten in nationale<br />
normen.
De 'Nieuwe Aanpak' (New Approach)<br />
Eur<strong>op</strong>ese richtlijnen hebben on<strong>de</strong>r <strong>de</strong> 'Nieuwe Aanpak' een an<strong>de</strong>r karakter<br />
gekregen. Om harmonisatie van regels binnen <strong>de</strong> EU te bewerkstelligen zijn<br />
<strong>de</strong> richtlijnen beperkt tot <strong>de</strong> vastlegging van <strong>de</strong> zgn. 'fundamentele vereisten'<br />
(essential requirements) waaraan voor gegeven toepassingen moet wor<strong>de</strong>n<br />
voldaan. Richtlijnen on<strong>de</strong>r <strong>de</strong> ‘Nieuwe Aanpak’ schrijven dus voor 'wat' moet<br />
wor<strong>de</strong>n bereikt en laten <strong>op</strong>en 'hoe' dat moet wor<strong>de</strong>n bereikt.<br />
Een mogelijkheid daartoe is dat geharmoniseer<strong>de</strong> normen wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong>gesteld<br />
die technische (product)specificaties vervatten. Het gebruik van <strong>de</strong>ze<br />
geharmoniseer<strong>de</strong> normen draagt bij tot het voldoen aan <strong>de</strong> richtlijn, ze lei<strong>de</strong>n<br />
namelijk tot 'vermoe<strong>de</strong>n van overeenstemming' met <strong>de</strong> richtlijn ('presumption<br />
of conformity'). Een ver<strong>de</strong>re stap voor harmonisatie is een 'ka<strong>de</strong>rrichtlijn' die<br />
richtlijnen <strong>op</strong> verwante on<strong>de</strong>rwerpen en toepassingsgebie<strong>de</strong>n bun<strong>de</strong>lt.<br />
directives<br />
national<br />
transcription<br />
new approach<br />
Member States<br />
Figuur 3. Overzicht van <strong>de</strong> "Nieuwe Aanpak.<br />
essential requirements<br />
<strong>Waterstof</strong> en voorschriften<br />
Voorschriften van <strong>de</strong> EU zijn toepassingsgericht en hebben geen betrekking<br />
<strong>op</strong> een specifiek product. Daarom bestaat er geen Eur<strong>op</strong>ese richtlijn voor<br />
waterstof. Wel bestaan voorschriften voor diverse waterstoftoepassingen:<br />
transport, <strong>op</strong>slag, toestellen, veiligheid en gezondheid <strong>op</strong> <strong>de</strong> arbeidsplaats, en<br />
waterstof- en brandstofcelvoertuigen.<br />
Op waterstoftransport zijn <strong>de</strong> volgen<strong>de</strong> regels van toepassing.<br />
• Transport van gassen on<strong>de</strong>r druk: Transport Pressure Equipment Directive<br />
(TPED) 1999/36/EG<br />
• Transport van gevaarlijke goe<strong>de</strong>ren over <strong>de</strong> <strong>weg</strong>: ADR ka<strong>de</strong>rrichtlijn<br />
94/55/EG, laatst gewijzigd 2003/29/EG; UNECE-ADR Convention<br />
• Over het spoor: RID ka<strong>de</strong>rrichtlijn 96/49/EG, laatst gewijzigd 2004/110/EG,<br />
COTIF Convention<br />
• Over zee: IMO<br />
• Binnenwateren: ADNR Conventie<br />
• Lucht: IATA/ICAO<br />
…<br />
mandatory voluntary<br />
presumption<br />
of conformity<br />
harmonised<br />
standards
Regels met betrekking tot waterstof<strong>op</strong>slag:<br />
• Toestellen werkend on<strong>de</strong>r druk: Pressure Equipment Directive (PED)<br />
97/23/EG<br />
• Druktanks voor gas<strong>op</strong>slag: Simple pressure vessels 87/404/EEG<br />
Voor waterstoftoestellen kan het CE keurmerk toegekend wor<strong>de</strong>n voor<br />
aspecten afge<strong>de</strong>kt door <strong>de</strong> volgen<strong>de</strong> richtlijnen:<br />
98/37/EG Machinery safety directive<br />
94/4/EG Equipment and protective systems inten<strong>de</strong>d for use in potentially<br />
explosive atmosphere<br />
97/23/EEG Pressure equipment directive<br />
73/23/EEG Low voltage directive<br />
89/336/EEG Electromagnetic compatibility directive<br />
87/404/EEG Simple pressure vessels<br />
Veiligheid en gezondheid <strong>op</strong> <strong>de</strong> arbeidsplaats wor<strong>de</strong>n on<strong>de</strong>r meer geregeld<br />
door minimumvoorschriften voor <strong>de</strong> verbetering van <strong>de</strong><br />
gezondheidsbescherming en van <strong>de</strong> veiligheid van werknemers die door<br />
explosieve atmosferen gevaar kunnen l<strong>op</strong>en (1999/92/EG ATEX Richtlijn).<br />
Ver<strong>de</strong>r is hierbij aan <strong>de</strong> or<strong>de</strong> <strong>de</strong> preventie van zware ongevallen waarbij<br />
gevaarlijke stoffen zijn betrokken, alsme<strong>de</strong> <strong>de</strong> beperking van <strong>de</strong> gevolgen<br />
daarvan <strong>op</strong> mens en milieu (Seveso II 1996/82/EG, laatst gewijzigd<br />
2003/105/EG).<br />
Voor <strong>de</strong> toepassing van waterstof in voertuigen doet zich het probleem voor<br />
dat <strong>de</strong> certificatieprocedures in Eur<strong>op</strong>a en <strong>de</strong> Verenig<strong>de</strong> Staten volkomen<br />
verschillend zijn. Zowel in Eur<strong>op</strong>a als in <strong>de</strong> VS moeten aut<strong>op</strong>roducenten<br />
voldoen aan wettelijke bepalingen vóór een voertuig goedgekeurd en<br />
ingeschreven kan wor<strong>de</strong>n. In Eur<strong>op</strong>a wor<strong>de</strong>n voertuigen on<strong>de</strong>rworpen aan<br />
een typekeuring volgens ECE voorschriften of EC richtlijnen.<br />
Figuur 4. Regelgeving voor waterstof-brandstofcelvoertuigen
In <strong>de</strong> VS bestaat een systeem van zelfcertificatie genoemd FMVSS. Dit is<br />
geen bevredigen<strong>de</strong> situatie. Om re<strong>de</strong>nen van efficiëntie en kostenbesparing<br />
moeten <strong>de</strong> bepalingen zoveel mogelijk wereldwijd uniform en gelijkwaardig<br />
zijn. Er wordt daarom gewerkt aan zo'n uniforme regeling on<strong>de</strong>r <strong>de</strong> naam<br />
Global Technical Regulation (GTR).<br />
Voor stationaire toepassingen gel<strong>de</strong>n an<strong>de</strong>re regels. In Eur<strong>op</strong>a staat<br />
zelfcertificatie voor<strong>op</strong>. Gewoonlijk geldt in EU lan<strong>de</strong>n een procedure die <strong>de</strong><br />
volgen<strong>de</strong> stappen omvat.<br />
• Vergunningaanvraag<br />
• De vergunningverlenen<strong>de</strong> autoriteit verstrekt een aanvraagformulier met<br />
ge<strong>de</strong>tailleer<strong>de</strong> beschrijving van alle vereisten<br />
• Hoorzitting over het ingevul<strong>de</strong> aanvraagformulier<br />
• Vergunning om <strong>de</strong> installatie te bouwen of <strong>op</strong> te richten<br />
• Inspectie van <strong>de</strong> installatie door <strong>de</strong> bevoeg<strong>de</strong> instantie<br />
• Verlening van een gebruiksvergunning<br />
De volgen<strong>de</strong> vergunningen zijn vereist:<br />
• Bouwvergunning<br />
• Milieuvergunning<br />
• Gebruiksvergunning<br />
• CE certificaten (met ge<strong>de</strong>tailleer<strong>de</strong> beschrijving van <strong>de</strong> installatie)<br />
• Inspectierapport / certificaat door onafhankelijke instelling<br />
De volgen<strong>de</strong> instanties zijn betrokken bij <strong>de</strong> vergunningverlening:<br />
• Milieudiensten<br />
• Brandweer<br />
• Gemeentelijke bouwdiensten<br />
• Bouwtechnische diensten<br />
Belangrijke on<strong>de</strong>r<strong>de</strong>len van <strong>de</strong> vergunningverlening:<br />
• Relevante nationale regelgeving<br />
• Risicoanalyse:<br />
• Kennis van aspecten van waterstofveiligheid die nog niet geheel zijn<br />
on<strong>de</strong>rzocht<br />
• Relevante maar nog ontbreken<strong>de</strong> of onvoldoen<strong>de</strong> beken<strong>de</strong><br />
ongevalsstatistieken<br />
• CE marking<br />
• Afhankelijk van risicoanalyse, beproeving en <strong>op</strong>erationele ervaring<br />
In <strong>de</strong> VS geldt weer een an<strong>de</strong>re bena<strong>de</strong>ring, geïllustreerd in bijgaan<strong>de</strong> figuur.<br />
Elk van <strong>de</strong> zeven hier genoem<strong>de</strong> toepassingen is on<strong>de</strong>rworpen aan eigen<br />
vereisten.
Figuur 5. Installatie en gebruik van brandstofcellen in een commercieel gebouw. Bron: US<br />
Permitting gui<strong>de</strong>.<br />
Normen voor waterstof<br />
Voor an<strong>de</strong>re waterstoftoepassingen geldt <strong>de</strong> volgen<strong>de</strong> regelgeving.<br />
• Tankstations, waterstofcomponenten, <strong>de</strong>tectors, waterstofkwaliteit,<br />
adapters en verbindingen: ISO/TC 197 Hydrogen technologies<br />
• Brandstofcel beproevingsmetho<strong>de</strong>s en "performance measurements":<br />
IEC/TC 105 Fuel cell technologies<br />
• Materiaalcompatibiliteit voor waterstof<strong>op</strong>slag: ISO/TC 58 Gas cylin<strong>de</strong>rs<br />
• …<br />
Informatie over <strong>de</strong>ze en an<strong>de</strong>re normen is te vin<strong>de</strong>n <strong>op</strong> <strong>de</strong> websites:<br />
http://hcsp.ansi.org/<br />
http://www.fuelcellstandards.com.Matrix.htm<br />
"Nog te doen"<br />
Om veilige toepassing van waterstof over <strong>de</strong> hele wereld mogelijk te maken,<br />
en daartoe a<strong>de</strong>quate regels <strong>op</strong> te stellen, dient ver<strong>de</strong>r on<strong>de</strong>rzoek plaats te<br />
vin<strong>de</strong>n <strong>op</strong> <strong>de</strong> volgen<strong>de</strong> terreinen:<br />
• tankstations: geharmoniseer<strong>de</strong> lay-out criteria, risicoanalyse<br />
• waterstofsensoren en lek<strong>de</strong>tectiemetho<strong>de</strong>s, <strong>de</strong>ze zijn belangrijk voor <strong>de</strong><br />
toekomst van waterstof omdat <strong>de</strong>ze essentieel zijn voor het voorkómen<br />
van ongevallen<br />
• geharmoniseer<strong>de</strong> en algemeen aanvaar<strong>de</strong> evaluatiemetho<strong>de</strong>s voor <strong>de</strong><br />
bepaling van waterstof<strong>op</strong>slagcapaciteit, van duurzaamheid van<br />
brandstofcellen
• karakterisering en vastlegging van kwaliteit van waterstof als brandstof<br />
voor verschillen<strong>de</strong> toepassingen<br />
• materiaalcompatibiliteit<br />
• verbindings- en overgangsstukken<br />
• veiligheid bij productie, transport, <strong>op</strong>slag en gebruik van waterstof<br />
• recyclen van brandstofcellen<br />
• …<br />
Dit on<strong>de</strong>rzoek en <strong>de</strong> vertaling van <strong>de</strong> resultaten ervan in regelgeving gebeurt<br />
bij voorkeur in internationaal verband, waarbij <strong>de</strong> volledige ontplooiing van<br />
waterstoftoepassingen in vijftien à twintig jaar niet gehin<strong>de</strong>rd mag wor<strong>de</strong>n<br />
door het ontbreken van relevante regelgeving. De eerste taak van <strong>de</strong><br />
waterstofgemeenschap en <strong>de</strong> verantwoor<strong>de</strong>lijke autoriteiten is momenteel,<br />
ervoor te zorgen dat waterstof aanvaard wordt door het publiek. Daartoe moet<br />
men wel continu <strong>de</strong> ontwikkelingen volgen, en actie on<strong>de</strong>rnemen, vooral <strong>op</strong><br />
Eur<strong>op</strong>ees niveau, waar dat gebo<strong>de</strong>n is om in <strong>de</strong> pas te blijven met<br />
ontwikkelingen el<strong>de</strong>rs.<br />
In internationaal verband zijn vooral <strong>de</strong> volgen<strong>de</strong> activiteiten van belang:<br />
• implementeren van een aangepast mechanisme voor wereldwij<strong>de</strong><br />
harmonisering van "RCS" (Regulations, Co<strong>de</strong>s and Standards) om<br />
duplicatie en proliferatie van divergeren<strong>de</strong> nationale belangen te vermij<strong>de</strong>n<br />
• bevor<strong>de</strong>ren van Global Technical Regulations (GTR) in UNECE/<br />
WP.29/GRPE/ informele groep voor waterstof-brandstofcel voertuigen via<br />
<strong>de</strong> Global Co<strong>op</strong>eration Group (GCG)<br />
• internationale samenwerking <strong>op</strong> het gebied van veiligheidson<strong>de</strong>rzoek, met<br />
prioriteit voor toepassingen in het transport<br />
• samenwerking in pre- en co-normatief on<strong>de</strong>rzoek<br />
• internationaal uitwisselen van ervaring door beleidsmakers, overhe<strong>de</strong>n en<br />
vergunninggevers.<br />
Dat <strong>de</strong>ze activiteiten in internationaal verband moeten wor<strong>de</strong>n on<strong>de</strong>rnomen<br />
sluit nationale actie niet uit, maar juist in. Op alle genoem<strong>de</strong> terreinen moet<br />
on<strong>de</strong>rzoek wor<strong>de</strong>n gedaan of wor<strong>de</strong>n nagedacht over a<strong>de</strong>quate maatregelen.<br />
Langs <strong>de</strong> hier aangegeven <strong>weg</strong> lijkt <strong>de</strong> verantwoor<strong>de</strong> toepassing van<br />
waterstof daadwerkelijk ontwikkeld te kunnen wor<strong>de</strong>n.
<strong>Waterstof</strong>productie en -distributie<br />
Pim Meyboom<br />
Business Devel<strong>op</strong>ment Manager<br />
Air Products<br />
Met waterstof bestaat al veel ervaring. Vanaf het begin van <strong>de</strong> space shuttles<br />
is <strong>de</strong> energievoorziening van astronauten <strong>op</strong> waterstof gebaseerd geweest.<br />
Air Products is een belangrijke speler <strong>op</strong> dit veld, het is <strong>de</strong> grootste<br />
leverancier van waterstof ter wereld met meer dan 50% marktaan<strong>de</strong>el. Het<br />
bedrijft meer dan zestig grote waterstoffabrieken wereldwijd en ontwikkelt<br />
<strong>op</strong>lossingen voor <strong>de</strong> waterstofeconomie: feedstock, productie, transport en<br />
<strong>op</strong>slag. Het bedrijf was al in 1992 betrokken bij proefnemingen met een<br />
waterstofbus in Brussel. Het is betrokken bij <strong>de</strong>monstratie van transport <strong>op</strong><br />
waterstof in vele lan<strong>de</strong>n en heeft meer dan <strong>de</strong>rtig waterstoftankstations in<br />
bedrijf. Het beheert ook pijpleidingen, bijvoorbeeld één van 50 km lengte in<br />
het Rijnmondgebied met een capaciteit van 250 ton per dag, genoeg voor <strong>de</strong><br />
energievoorziening van bijvoorbeeld 250.000 huishou<strong>de</strong>ns. Daarnaast, niet<br />
onbelangrijk in <strong>de</strong> waterstofwereld, is Air Products nummer 1 in <strong>de</strong> wereld <strong>op</strong><br />
het gebied van veiligheid in <strong>de</strong> chemische industrie.<br />
De belangrijkste uitdagingen bij waterstof naast ver<strong>de</strong>re ontwikkeling van <strong>de</strong><br />
technologie zijn regelgeving, standaardisatie en ontwerpen voor veiligheid. De<br />
technologie is echter goed<strong>de</strong>els beschikbaar en bruikbaar, maar duur. ; <strong>de</strong><br />
veilige omgang met waterstof is iets dat geleerd en geoefend moet wor<strong>de</strong>n, en<br />
voor <strong>de</strong> toekomst van waterstof in <strong>de</strong> publieke sector is dat essentieel.<br />
Deze perceptie leidt voor Air products tot een simpele strategie voor <strong>de</strong><br />
ontwikkeling van waterstof: realiseer <strong>de</strong>mo's daar waar mogelijk. Kennis is niet<br />
het probleem, er is voldoen<strong>de</strong> kennis aanwezig; <strong>praktijk</strong>ervaring, daar gaat het<br />
om. Maar hoe doe je praktische ervaring <strong>op</strong> als het uitvoeren van een<br />
waterstofproject nog zo veel geld kost? Het antwoord ligt in het vin<strong>de</strong>n van<br />
'i<strong>de</strong>ale' locaties met één of meer voor<strong>de</strong>len <strong>op</strong> het gebied van goedk<strong>op</strong>e<br />
waterstof, bestaan<strong>de</strong> infrastructuur, politieke wil, milieubelang, houding van<br />
consumenten etc. Maak van die "i<strong>de</strong>ale" omstandighe<strong>de</strong>n gebruik om <strong>op</strong> een<br />
economisch haalbare manier <strong>de</strong>monstratieprojecten te realiseren. Het<br />
uitein<strong>de</strong>lijke doel hiervan is het creëren van market pull. Want <strong>de</strong>mo's<br />
motiveren consumenten en politiek; dit leidt tot nieuwe <strong>de</strong>m<strong>op</strong>rojecten,<br />
hetgeen <strong>de</strong> kosten omlaag brengt, wat weer tot meer herhaling leidt, en dit<br />
heet uitein<strong>de</strong>lijk een markt: een configuratie waarin geldverstrekkers bereid<br />
zijn te investeren.<br />
Een waterstofeconomie heeft een infrastructuur nodig. De lei<strong>de</strong>n<strong>de</strong> gedachte<br />
voor <strong>de</strong> <strong>op</strong>bouw van <strong>de</strong>ze infrastructuur is o.a. geformuleerd door Jeroen van<br />
<strong>de</strong>r Veer, CEO van <strong>de</strong> Royal Dutch Shell Group: "De ontwikkeling van een<br />
keten voor levering van waterstof zal zich misschien voltrekken langs lijnen<br />
die wij nu nog niet kunnen overzien. Een dui<strong>de</strong>lijke ontwikkelingslijn bestaat<br />
uit het gebruik maken van <strong>de</strong> bestaan<strong>de</strong> gasinfrastructuur; maar an<strong>de</strong>re<br />
ontwikkelingslijnen kunnen <strong>naar</strong> voren komen. Het is belangrijk, ons niet vast<br />
te laten leggen door bestaan<strong>de</strong> structuren." Met an<strong>de</strong>re woor<strong>de</strong>n: begin met<br />
wat je hebt, maar wees flexibel <strong>naar</strong> <strong>de</strong> toekomst.
De belangrijkste factoren bij <strong>de</strong> ontwikkeling van een waterstofinfrastructuur<br />
zijn:<br />
• Regionale dynamiek en geografische beperkingen<br />
• Afstand van productie tot gebruikspunt<br />
• Benutting van reeds geïnvesteerd kapitaal<br />
Infrastructuur <strong>op</strong>lossingen zullen betrekking hebben <strong>op</strong>:<br />
• Bestaan<strong>de</strong> productie- en distributie-infra zoveel mogelijk benutten<br />
• "Point of use" <strong>op</strong>wekking<br />
• Combinatie van tanken met het <strong>op</strong>wekken van warmte en elektriciteit<br />
• "Feedstock" flexibiliteit (zie on<strong>de</strong>r energiebron hieron<strong>de</strong>r)<br />
• Installatie en conversie van pijpleidingen.
<strong>Waterstof</strong>productie<br />
De waterstofeconomie heeft een ongeken<strong>de</strong> flexibiliteit, zoals blijkt uit <strong>de</strong>ze<br />
tabel.<br />
Energiebron Productie Distributie Opslag Eindgebruik<br />
Aardgas Stoomreforming Pijplijn Metalen vaten Transport<br />
(brandstofcel)<br />
Aardolie Vergassing Tankwagens Kunststof vaten Stationair<br />
(on<strong>de</strong>r druk)<br />
(brandstofcel)<br />
Biomassa Elektrolyse Tankers Metaalhydri<strong>de</strong>n Verbrandingsmot<br />
(vloeibaar)<br />
or<br />
Steenkool Thermolyse Schip Chemische Bijmenging<br />
hydri<strong>de</strong>n<br />
Kernenergie Fotolyse Spoor Koolstof<br />
Zon Off gas<br />
Wind<br />
<strong>Waterstof</strong> kan <strong>op</strong> vele manieren wor<strong>de</strong>n voortgebracht.<br />
Grondstof Drivers Barrières<br />
succes<br />
/ voorwaar<strong>de</strong>n voor<br />
Koolwaterstoffen Momenteel laagste Stabiele voorziening van fossiele<br />
(reforming) productiekosten<br />
brandstof<br />
Grondstof in sommige lan<strong>de</strong>n Prijsstabiliteit grondstof<br />
aanwezig<br />
Mogelijkheid CO2 <strong>op</strong>slag<br />
H2 off gas Grondstof die waterstof bevat Betrouwbaarheid van <strong>de</strong> levering<br />
Wind Duurzaam<br />
Lagere kosten van<br />
Niche plaatselijke/regionale waterstofdistributie<br />
voorziening<br />
Kapitaalbeslag<br />
Opslag om variaties in het aanbod Kostenreductie nodig<br />
<strong>op</strong> te vangen<br />
Niet overal beschikbaar<br />
Zon Duurzaam<br />
Lagere kosten van<br />
Niche plaatselijke/regionale waterstofdistributie<br />
voorziening<br />
Grote kostenreductie nodig<br />
Opslag om variaties in het aanbod Kapitaalbeslag<br />
<strong>op</strong> te vangen<br />
Niet overal beschikbaar<br />
Biomassa Duurzaam<br />
Kostenreductie nodig<br />
Niche<br />
voorziening<br />
plaatselijke/regionale Productiviteit van het grondgebruik<br />
Kolenvergassing Grondstof beschikbaar in lan<strong>de</strong>n Grote vraag nodig<br />
met grootverbruik energie (VS, Veran<strong>de</strong>ren<strong>de</strong> houding van het<br />
China)<br />
publiek<br />
Overheidssteun<br />
Lange projectduur<br />
Lagere kosten waterstofdistributie<br />
Mogelijkheid CO2 <strong>op</strong>slag<br />
Kernenergie Onafhankelijkheid van het Grote vraag nodig<br />
buitenland (VS en an<strong>de</strong>re lan<strong>de</strong>n) Veran<strong>de</strong>ren<strong>de</strong> houding van het<br />
Schone lucht<br />
publiek<br />
Lage productiekosten<br />
Overheidssteun<br />
Oplossingen<br />
kernafval<br />
voor <strong>op</strong>slag van<br />
Lange projectduur<br />
Lagere kosten waterstofdistributie
Ook in productiemetho<strong>de</strong>n is er een groot scala aan beschikbare<br />
mogelijkhe<strong>de</strong>n.<br />
Productiewijze Drivers Barrières / voorwaar<strong>de</strong>n<br />
Onsite reforming<br />
Geen<br />
voor succes<br />
waterstofdistributie Voldoen<strong>de</strong> bedrijfstijd vereist<br />
(algemeen)<br />
nodig<br />
Niet 100% betrouwbaar<br />
Grondstof moet stabiel zijn in<br />
prijs<br />
• Aardgas Bestaan<strong>de</strong> gasinfrastructuur Voor grootschalige<br />
voorziening moet gasinfra<br />
• Methanol Laagste<br />
wor<strong>de</strong>n uitgebreid<br />
kosten Afhankelijk van<br />
reforminginstallaties<br />
beschikbaarheid<br />
Grote<br />
giftigheid<br />
problemen met<br />
• LPG/nafta Beschikbare bronnen van Afhankelijk van aardolie<br />
vloeibare koolwaterstoffen in infrastructuur<br />
vele lan<strong>de</strong>n en regio's<br />
• Biomassa Duurzame grondstof Kosten van reiniging van <strong>de</strong><br />
grondstof<br />
Elektrolyse Geen waterstofdistributie Voldoen<strong>de</strong> bedrijfstijd vereist<br />
nodig<br />
Niet 100% betrouwbaar<br />
Zeer betrouwbaar, ook Efficiency waterstof-<br />
start/st<strong>op</strong><br />
elektriciteit cyclus is laag<br />
Wordt gezien als technologie Hoge productiekosten<br />
voor duurzame waterstof<br />
• Duurzaam (zon/wind) Groene credits<br />
Plaatselijke zon of wind<br />
Duurzaam<br />
Kostenreductie nodig<br />
Opslag om variaties in het<br />
aanbod <strong>op</strong> te vangen<br />
• Elektriciteitsnet Gemak Locaties met hoge component<br />
duurzaam vereist<br />
Voor grootschalige<br />
voorziening moet<br />
elektriciteitsnet<br />
uitgebreid<br />
wor<strong>de</strong>n<br />
Directe productie uit In potentie eenvoudige, Nog veel ontwikkeling en<br />
duurzame bronnen<br />
directe metho<strong>de</strong><br />
grote kostenreductie nodig
Belangrijk is <strong>de</strong> kostenvergelijking bij <strong>de</strong> huidige stand van zaken.<br />
Elektriciteit <strong>Waterstof</strong><br />
Energiebron €/kWh €/GJe €/GJ H2 €/Nm3 H2<br />
1. Gasgestookte STEG 0,03 8<br />
2. Kolenvergassing STEG 0,045 13<br />
3. Kernstroom 0,055 15<br />
4. KV-STEG met CO2 <strong>op</strong>slag 0,065 18<br />
5. Biomassa centrale 0,07 19<br />
6. Win<strong>de</strong>nergie 0,08 22<br />
7. Zonne-energie 0,50 139<br />
8. H2 stoomreforming uit methaan<br />
(SMR, grootschalig)<br />
6 0,08<br />
9. H2 SMR, grootschalig met CO2<br />
verwij<strong>de</strong>ring en <strong>op</strong>slag<br />
10 0,13<br />
10. H2 biomassa vergassing 12 0,15<br />
11. H2 via stoomreforming<br />
20 0,26<br />
(kleinschalig met CO2 verwij<strong>de</strong>ring<br />
en <strong>op</strong>slag)<br />
12. Elektrolyse (8000 h/jr, 0,05 €/kWh 28 0,36<br />
13. H2 aangeleverd per tube trailer 31 0,40<br />
Distributiekosten (indicatief) 1 - 4 2 - 5<br />
1 kg = 11 Nm3; industriële commodityprijs aardgas: 4 €/GJ<br />
De veelheid aan routes <strong>naar</strong> waterstof wordt nog eens ge<strong>de</strong>monstreerd in<br />
Figuur 1.<br />
Production<br />
Central<br />
Production<br />
Distributed<br />
Production<br />
Distribution<br />
Hydrogen<br />
Natural Gas,<br />
Pr<strong>op</strong>ane, Methanol/<br />
Ethanol,<br />
Naptha Feedstocks<br />
Figuur 1. <strong>Waterstof</strong>productie - distributieroutes.<br />
Fuel Station<br />
Liquid Onboard<br />
Uit dit alles blijkt dat waterstof <strong>op</strong> veel verschillen<strong>de</strong> manieren te maken is. Dit<br />
geeft enerzijds <strong>de</strong> flexibiliteit aan van <strong>de</strong> waterstofeconomie; an<strong>de</strong>rzijds<br />
betekent dit dat het moeilijk is, keuzes te maken. Uit <strong>de</strong> enorme hoeveelheid<br />
mogelijkhe<strong>de</strong>n bekijken we een paar factoren die van belang zijn.<br />
• Bij gebruik van biomassa als grondstof komt <strong>de</strong> vraag aan <strong>de</strong> or<strong>de</strong> of<br />
hierdoor voedselproductie zal wor<strong>de</strong>n verdrongen<br />
• Bij lokale <strong>op</strong>wekking is het grote voor<strong>de</strong>el dat geen waterstofdistributie,<br />
met <strong>de</strong> daaraan verbon<strong>de</strong>n kosten, nodig zal zijn<br />
abc<br />
Gas Onboard
• Er zijn grote verschillen in productiekosten, sommige productiemetho<strong>de</strong>n<br />
zijn wel een or<strong>de</strong> van grootte duur<strong>de</strong>r dan an<strong>de</strong>re<br />
• Wanneer kooldioxi<strong>de</strong> vóór verbranding wordt afgevangen (precombustion),<br />
zijn <strong>de</strong> kosten bij grootschalige installaties te overzien<br />
• <strong>Waterstof</strong> uit wind is bij <strong>de</strong> huidige prijsverhoudingen een onbetaalbare<br />
zaak; bij <strong>de</strong> ontwikkeling van <strong>de</strong> waterstofeconomie kan win<strong>de</strong>nergie<br />
daarom beter aan het net geleverd wor<strong>de</strong>n terwijl waterstof <strong>op</strong> an<strong>de</strong>re<br />
manieren wordt gemaakt. Wel kan productie van waterstof uit wind als<br />
lange-termijn doel wor<strong>de</strong>n gesteld.<br />
Ontwikkeling van <strong>de</strong> infrastructuur<br />
Om waterstof <strong>naar</strong> het publiek te krijgen is <strong>de</strong> bouw van infrastructuur<br />
noodzakelijk. <strong>Waterstof</strong>pijpleidingen zijn daarvan een belangrijk on<strong>de</strong>r<strong>de</strong>el. In<br />
<strong>de</strong> aanlo<strong>op</strong>fase kunnen tube trailers en tankwagens vanuit grote centrale<br />
productie-eenhe<strong>de</strong>n <strong>de</strong> benodig<strong>de</strong> waterstof aanvoeren <strong>naar</strong> nieuwe<br />
waterstofverbruikspunten. Als zich dan voldoen<strong>de</strong> vraag <strong>naar</strong> waterstof<strong>op</strong> zo'n<br />
nieuw verbruikspunt ontwikkelt, dan kan overgeschakeld wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong> een<br />
locale productieunit of een pijplijnverbinding met een grote centrale unit. Met<br />
tube trailers en tankwagens voor kunnen verbruikspunten binnen een 350 km<br />
radius moeiteloos van waterstof voorzien wor<strong>de</strong>n. Vanuit onze productie in <strong>de</strong><br />
Rijnmond wordt dan al geheel Ne<strong>de</strong>rland bestreken. Gezien het formaat van<br />
Ne<strong>de</strong>rland, zeker in vgl met Californië, is het on<strong>de</strong>rsteunen van<br />
waterstofdistributie door het gehele land absoluut een haalbare zaak.<br />
De voor<strong>de</strong>len van <strong>de</strong> bestaan<strong>de</strong> infra moeten wor<strong>de</strong>n benut. Het waterstofnet<br />
in <strong>de</strong> Rijnmond is uitstekend geschikt om niet alleen voor industriële<br />
doelein<strong>de</strong>n te wor<strong>de</strong>n gebruikt maar ook voor bijv. woningverwarming. In<br />
Zwijndrecht bijvoorbeeld ligt een aantal flatblokken met centrale<br />
energievoorzieining <strong>op</strong> min<strong>de</strong>r dan 100 meter van <strong>de</strong> pijp van Air Products.<br />
Voor één zo'n blok wordt inmid<strong>de</strong>ls gewerkt aan het realiseren van een<br />
brandstofcelinstallatie gek<strong>op</strong>peld aan <strong>de</strong> pijplijn die electriciteit en warmte aan<br />
het blok gaat leveren. De verwachting is dat dit medio 2007 <strong>op</strong>erationeel kan<br />
zijn en als het goed lo<strong>op</strong>t is veel herhalingspotentieel. Hier ligt dus een kans<br />
die moet wor<strong>de</strong>n gegrepen. Het waterstofnetwerk wordt nu gevoed vanuit een<br />
grootschalige productie-eenheid <strong>op</strong> basis van aardgas, maar kan te zijner tijd<br />
wor<strong>de</strong>n gevoed met waterstof uit duurzame bronnen (fossiel met CO2 afvang,<br />
biomassa, wind, zon).<br />
Demonstratieprojecten zijn absoluut noodzakelijk, want <strong>de</strong> leercurve gaat veel<br />
steiler omhoog als je in <strong>de</strong> <strong>praktijk</strong> gaat werken. En <strong>de</strong> beschikbare tijd is<br />
betrekkelijk kort. Demonstratieprojecten moeten wor<strong>de</strong>n gerealiseerd <strong>op</strong><br />
plaatsen waar voldoen<strong>de</strong> kennis is en waar ook an<strong>de</strong>re drivers zijn, zoals<br />
slechte luchtkwaliteit. Rotterdam is om die re<strong>de</strong>n een uitstekend centrum voor<br />
een beginnen<strong>de</strong> waterstofeconomie, evenals bijvoorbeeld in het sterk<br />
vervuil<strong>de</strong> New Delhi. Het doel van proefprojecten is, mensen te motiveren en<br />
tot actie te be<strong>weg</strong>en, om zodoen<strong>de</strong> investeringen <strong>op</strong> gang te krijgen. In<br />
Rotterdam is 90% van <strong>de</strong> benodig<strong>de</strong> infra en klandizie al aanwezig. Op basis<br />
hiervan is <strong>de</strong> tijd rijp om door een gezamenlijke inspanning van bedrijfsleven<br />
en overheid een start te maken met <strong>de</strong> <strong>op</strong>bouw van een, eerst lokale,<br />
waterstofeconomie.
Het voor<strong>de</strong>el van grootschalige productie is het hoge ren<strong>de</strong>ment; ook het<br />
ren<strong>de</strong>ment van CO2 afvang is hoog bij zo'n installatie. <strong>Waterstof</strong> kan geleverd<br />
wor<strong>de</strong>n aan tankstations. Te voorzien is dat <strong>de</strong> aardgaslevering <strong>op</strong><br />
tankstations daardoor uitgefaseerd zal wor<strong>de</strong>n. In New Delhi is men al een<br />
stuk ver<strong>de</strong>r. Van<strong>weg</strong>e <strong>de</strong> luchtkwaliteit is men daar twee jaar gele<strong>de</strong>n massaal<br />
overgestapt <strong>op</strong> aardgas als motorbrandstof; nu wordt dit aardgas reeds<br />
geleverd met bijmenging van 20% waterstof. Dit levert een onmid<strong>de</strong>lijke<br />
besparing <strong>op</strong> van 20% <strong>op</strong> <strong>de</strong> lokale emissies en legt tegelijkertijd <strong>de</strong> grondslag<br />
voor een waterstofdistrbutie netwerk.<br />
Een an<strong>de</strong>r Air Products' concept is het 'energiestation', in 2002 <strong>op</strong>geleverd in<br />
Las Vegas. Dit station, gevoed door aardgas, bevat een on site reformer; het<br />
kan <strong>op</strong> basis daarvan zowel aardgas leveren, als waterstof, en ook een<br />
waterstof/aardgas mengsel.<br />
NG<br />
NG<br />
Fuel<br />
Cell<br />
H 2 Generator<br />
Backup LH 2<br />
H 2 Storage<br />
CNG/H 2 Blen<strong>de</strong>r<br />
CNG Storage<br />
H 2<br />
CNG/H 2<br />
CNG<br />
Figuur 2. Energiestation in Las Vegas.<br />
Daarnaast verzorgt Air Products alle technologie en apparatuur om waterstof<br />
te tanken, bijvoorbeeld voor tankstations in Washington en Singapore. Ver<strong>de</strong>r<br />
zijn er technologie <strong>de</strong>monstratieprojecten on<strong>de</strong>r meer in UC Irvine<br />
(waterstofproductie on<strong>de</strong>r hoge druk door win<strong>de</strong>nergie, 2004), New Delhi<br />
(menging en levering van aardgas met waterstof, 2005), en Toulouse (on site<br />
reforming, levering van waterstof/aardgas mengsel, 2006).
Figuur 3. Tankstation voor waterstof en aardgas/waterstofmengsels, New Delhi.<br />
Voor het over langere afstan<strong>de</strong>n laten rij<strong>de</strong>n van kleine groepen<br />
waterstofvoertuigen (bijvoorbeeld testmo<strong>de</strong>llen van auto en busfabrikanten)<br />
heeft Air Products een mobiel tankstation ontwikkeld. Het meevoeren van <strong>de</strong><br />
waterstofinstallatie tij<strong>de</strong>ns <strong>de</strong> rit is <strong>op</strong> dit moment (bij het groten<strong>de</strong>els<br />
ontbreken van infrastructuur) veel efficiënter dan het bouwen van een reeks<br />
vaste tankstations met een uiterst lage bezettingsgraad. De <strong>op</strong>legger waar<strong>op</strong><br />
het mobiele tankstation staat, rijdt overigens gewoon <strong>op</strong> diesel. Hierdoor<br />
blijven <strong>de</strong> kosten van dit soort testprojecten beperkt, waardoor ze eer<strong>de</strong>r en<br />
vaker kunnen plaatsvin<strong>de</strong>n.<br />
In Californië heeft gouverneur Schwarzenegger zich achter waterstof<br />
geplaatst, met als gevolg plannen voor een netwerk van 170 waterstofstations<br />
in <strong>de</strong> staat in 2010, ofwel één <strong>op</strong> elke 32 kilometer. Veertien stations zijn<br />
inmid<strong>de</strong>ls klaar, er zijn nog eens zeventien gepland.<br />
Regelgeving en veiligheid<br />
Huidige toepassing van waterstof (meest industrieel) volgt <strong>de</strong> algemene regels<br />
voor zonering van gevaarlijke stoffen. De zonering regelt <strong>de</strong> afstand van<br />
installaties tot woonbebouwing. Daar waterstofinstallaties meestal<strong>op</strong><br />
industriele locaties wor<strong>de</strong>n geplaatst zijn locale overhe<strong>de</strong>n hiermee onbekend.<br />
Dat roept dan <strong>de</strong> vraag <strong>op</strong>, of <strong>de</strong>zelf<strong>de</strong> regels voor waterstof in <strong>de</strong> gebouw<strong>de</strong><br />
omgeving kunnen wor<strong>de</strong>n toegepast. Er zijn projecten nodig om die<br />
regelgeving los te maken en standaar<strong>de</strong>n te ontwikkelen. We hebben <strong>de</strong><br />
ontwikkeling ervan nú nodig, omdat dit bekend moet zijn voor dat waterstof <strong>op</strong><br />
enige schaal in <strong>de</strong> gebouw<strong>de</strong> omgeving uitgerold kan wor<strong>de</strong>n. Hier zullen nog<br />
gemakkelijk vele jaren mee gemoeid zijn.
Liquid<br />
Hydrogen<br />
Truck<br />
Large Scale Gaseous<br />
Hydrogen Production Plant<br />
Liquifier<br />
L H 2<br />
Storage<br />
vaporizer<br />
Compressor<br />
storage<br />
PIPELINE PIPELINE<br />
DISPENSING STATION<br />
Currently Fossil<br />
Future Renewable<br />
Pipeline to Non Automotive<br />
Hydrogen Customers<br />
Small Hydrogen<br />
Generator<br />
Larger Hydrogen<br />
Generator<br />
500,000 SCFD<br />
Dispenser<br />
(100 cars/day)<br />
188,000 SCFD<br />
Garage<br />
Pipeline to Other<br />
Dispensing Stations<br />
House<br />
Figuur 4. Veiligheidsanalyse van inpassing van waterstof in <strong>de</strong> gebouw<strong>de</strong> omgeving.<br />
Emergency<br />
Respon<strong>de</strong>r<br />
Crash<br />
Site<br />
Ook hier moet wor<strong>de</strong>n gewezen <strong>op</strong> <strong>de</strong> zeer goe<strong>de</strong> veiligheidsscore van onze<br />
waterstofinfrastructuur. De gehele waterstofindustrie exploiteert 800 km pijplijn<br />
in <strong>de</strong> VS. In <strong>de</strong> Air Products pijplijnen is meer veiligheid ingebouwd dan<br />
vereist door bijvoorbeeld DOT (Department of Transport, VS): door extra<br />
maatregelen in dichtbevolkte gebie<strong>de</strong>n wordt <strong>de</strong> hoeveelheid ontsnappend<br />
gas aanzienlijk beperkt in het geval van bijvoorbeeld pijpbreuk (wat <strong>op</strong> zich<br />
zelf al <strong>de</strong> meest veilige transportmodule is). In 35 jaar tijd hebben zich bij Air<br />
Products geen bran<strong>de</strong>n voorgedaan in waterstofpijpleidingen.<br />
Air Products bezit 75 trailers voor vervoer van vloeibaar waterstof, waarmee<br />
13 miljoen kilometer per jaar wordt gere<strong>de</strong>n. Dit komt neer <strong>op</strong> een totaal van<br />
250 miljoen kilometer sinds het begin van <strong>de</strong>ze diensten. In <strong>de</strong>ze perio<strong>de</strong><br />
heeft zich geen enkel ongeval voorgedaan waarbij vloeibare waterstof <strong>op</strong> het<br />
<strong>weg</strong><strong>de</strong>k terecht is gekomen. Op basis daarvan heeft het bedrijf in 1996<br />
bijvoorbeeld <strong>de</strong> NASA Safety Award gewonnen.<br />
Om veiligheid ook bij publiek gebruik te kunnen waarborgen moet <strong>de</strong><br />
waterstofvoorziening zoveel mogelijk inherent veilig gemaakt wor<strong>de</strong>n. Bij een<br />
ongeval ,ook bij brand, mag er geen waterstof ontsnappen. Tanken van<br />
waterstof zal volautomatisch moeten plaats vin<strong>de</strong>n. Het voertuig zal zó<br />
moeten wor<strong>de</strong>n geplaatst dat het vullen niet door menselijke fouten mis kan<br />
gaan.<br />
Eur<strong>op</strong>ese programma's die <strong>op</strong> veiligheid betrekking hebben zijn HyApproval<br />
(met focus <strong>op</strong> <strong>de</strong> waterstofinstallatie, bijvoorbeeld een tankstation) en HySafe<br />
(met focus <strong>op</strong> <strong>de</strong> omgeving van <strong>de</strong> installatie, en ontwikkeling van een<br />
handboek voor tankstations).
Conclusie<br />
Om <strong>de</strong> toekomst van waterstof veilig te stellen moet het vertrouwen van het<br />
publiek wor<strong>de</strong>n gewonnen. Weliswaar is er zeker bereidheid, waterstof te<br />
aanvaar<strong>de</strong>n, maar er is veel negatieve publiciteit, met boodschappen als: het<br />
kan niet, het zal nog lang duren, het is nog onveilig. Om het publiek mee te<br />
krijgen moet hieraan veel aandacht wor<strong>de</strong>n besteed en dat kan het best in <strong>de</strong><br />
vrom van <strong>de</strong>monstratieprojecten. Net zo belangrijk is het ruimschoots<br />
beste<strong>de</strong>n van aandacht aan veiligheid in <strong>de</strong> ontwerpfase van installaties over<br />
<strong>de</strong> hele keten.<br />
Wat betreft <strong>de</strong> ontwikkelingsstrategie: er moet nú begonnen wor<strong>de</strong>n met een<br />
reeks <strong>de</strong>m<strong>op</strong>rojecten <strong>op</strong> basis van bestaan<strong>de</strong> infrastructuur, want an<strong>de</strong>rs<br />
komt waterstof te laat om een <strong>op</strong>lossing te bie<strong>de</strong>n aan <strong>de</strong> milieuproblematiek<br />
en energiezekerheid. Reken in het begin <strong>op</strong> een diversiteit aan <strong>op</strong>lossingen<br />
waarbij <strong>de</strong> besten uitein<strong>de</strong>lijk boven zullen komen drijven en die besten<br />
kennen we vandaag wellicht nog niet eens. De echte doorbraak zal pas<br />
komen met <strong>de</strong> massale introductie van brandstofcel gecreven auto's hetgeen<br />
niet voor 2013 verwacht wordt.
<strong>Waterstof</strong> in <strong>de</strong> automobielbranche<br />
Huub Dubbelman<br />
Manager Corporate Communications<br />
DaimlerChrysler Ne<strong>de</strong>rland BV<br />
Een nieuw mobiliteitstijdperk breekt aan. Nieuwe vervoerconcepten staan<br />
overal in <strong>de</strong> belangstelling. Duurzame mobiliteit is het uitgangspunt.<br />
Daimler Chrysler ziet vijf stappen <strong>naar</strong> duurzame mobiliteit.<br />
• Ontwikkel nieuwe mobiliteitsconcepten en <strong>op</strong>lossingen die klanten kunnen<br />
enthousiasmeren en overtuigen<br />
• Stel alternatieve energiebronnen beschikbaar met voldoen<strong>de</strong> capaciteit<br />
• Cultiveer en promoot die nieuwe infrastructuur<br />
• On<strong>de</strong>rsteun politieke initiatieven <strong>op</strong> dit gebied<br />
• Ontwikkel en produceer voertuigen in <strong>de</strong> wereld met <strong>de</strong> beste en <strong>de</strong> meest<br />
duurzame prestaties.<br />
De nieuwe mobiliteit zal zich ontwikkelen in een aantal stadia.<br />
Brandstofcel-aandrijving<br />
Hybri<strong>de</strong>-voertuigen<br />
CO 2 -neutrale Bio-brandstof<br />
Verbetering conventionele brandstoffen<br />
Verbetering van verbrandingsmotoren<br />
Figuur 1. Verschillen<strong>de</strong> stadia <strong>op</strong> <strong>de</strong> <strong>weg</strong> <strong>naar</strong> duurzame mobiliteit<br />
De eerste is verbetering van conventionele brandstoffen. Veel leveranciers<br />
staan klaar om hierin actie te on<strong>de</strong>rnemen. Vanaf 2005 wor<strong>de</strong>n roetfilters,<br />
zon<strong>de</strong>r toevoegingen én on<strong>de</strong>rhoudsvrij, standaard geleverd eerst in twintig,<br />
later in veertig Merce<strong>de</strong>s-Benz dieselmo<strong>de</strong>llen. Vanaf voorjaar 2006 zijn<br />
roetfilter ook leverbaar voor bestelwagens. Retrofit-filters komen beschikbaar<br />
voor Merce<strong>de</strong>s-Benz C- en E-Klasse dieselversies. Later dit jaar komen Smart<br />
CDI mo<strong>de</strong>llen met roetfilter beschikbaar. Maar <strong>de</strong> regelgeving is zeer<br />
gecompliceerd en <strong>de</strong> overheid heeft <strong>de</strong> richting nog niet aangegeven. Aardgas<br />
t
is een interessant alternatief, maar ook daarin speelt <strong>de</strong> overheid een<br />
sleutelrol, want zon<strong>de</strong>r infrastructuur kan aardgas niet penetreren.<br />
De twee<strong>de</strong> stap vormt <strong>de</strong> introductie van CO2-neutrale biobrandstoffen. Ook<br />
hier is <strong>de</strong> vraag: wat wil <strong>de</strong> overheid? In <strong>de</strong> VS is E85 brandstof (een<br />
brandstof die voor 85% uit alcohol en 15% benzine bestaat) al toegelaten,<br />
Bluetec® is <strong>op</strong> <strong>de</strong> markt beschikbaar voor bijmenging aan diesel om <strong>de</strong><br />
stikstofoxi<strong>de</strong>-emissies te reduceren. Deze brandstoffen voldoen nu al aan <strong>de</strong><br />
eisen voor 2020. De Ne<strong>de</strong>rlandse regering promoot gelijktijdig veel<br />
alternatieve brandstoffen. De consequentie daarvan zou kunnen zijn dat er<br />
straks zeven brandstoffen aan <strong>de</strong> pomp wor<strong>de</strong>n gevraagd, en dat is wellicht<br />
niet rendabel.<br />
De <strong>de</strong>r<strong>de</strong> stap wordt gevormd door gebruik van hybri<strong>de</strong> voertuigen.<br />
DaimlerChrysler is hier al twintig jaar mee bezig. Met hybri<strong>de</strong> voertuigen<br />
kunnen emissies in het stadsverkeer kunnen gereduceerd met 15-25%.<br />
Daimler Chrysler gaat <strong>op</strong> korte termijn marktspecifieke hybri<strong>de</strong> voertuigen <strong>op</strong><br />
<strong>de</strong> markt brengen. Toch ziet Daimler Chrysler <strong>de</strong> hybri<strong>de</strong> technologie niet als<br />
eindstation, doordat <strong>de</strong> hybri<strong>de</strong> benzine- of dieselauto twee verschillen<strong>de</strong><br />
aandrijfsystemen heeft. Wel is <strong>de</strong> hybri<strong>de</strong> technologie aantrekkelijk voor<br />
gebruik in brandstofcelvoertuigen, omdat <strong>de</strong>ze zeer efficiënt is in<br />
brandstofgebruik.<br />
De introductie van waterstof in het energiesysteem brengt ongeken<strong>de</strong> nieuwe<br />
mogelijkhe<strong>de</strong>n. Wellicht gaat <strong>de</strong> kabel van Norsk Hydro on<strong>de</strong>r <strong>de</strong> Noordzee<br />
gebruikt wor<strong>de</strong>n om hier waterstof te produceren als buffer voor <strong>de</strong><br />
Ne<strong>de</strong>rlandse energievoorziening. De brandstofcelauto zal niet alleen in staat<br />
zijn om te rij<strong>de</strong>n <strong>op</strong> waterstof, maar kan ook aangesloten wor<strong>de</strong>n <strong>op</strong> <strong>de</strong><br />
energievoorziening in huis om energie aan <strong>de</strong> woning te leveren. Als <strong>de</strong> auto<br />
als waterstofbuffer wordt gebruikt en <strong>de</strong> brandstofcel tweezijdig wordt<br />
toegepast gaat dit enigszins ten koste van het ren<strong>de</strong>ment maar <strong>de</strong><br />
omzettingen zijn schoon en zuinig.<br />
Bussen en bestelauto's hebben zijn uitermate geschikt om brandstofcellen te<br />
testen, ze rij<strong>de</strong>n vaak zeven dagen per week. Het aantal testvoertuigen neemt<br />
steeds toe. In Amsterdam-Noord rij<strong>de</strong>n drie bussen <strong>op</strong> waterstof, het<br />
expeditiebedrijf UPS heeft een aantal bestelwagens met waterstof rondrij<strong>de</strong>n<br />
en heeft onlangs bij Dodge een bestelling geplaatst voor nog eens twintig<br />
voertuigen.<br />
Figuur 2. Merce<strong>de</strong>s Benz brandstofcelvoertuigen in dagelijks gebruik
De brandstofceltechnologie maakt het nieuwe mobiliteitstijdperk mogelijk. Met<br />
<strong>de</strong>ze technologie komen schone (zero emission) voertuigen <strong>op</strong> <strong>de</strong> <strong>weg</strong>, met<br />
vrijwel geluidsloze aandrijving. Brandstofcellen geven een betere<br />
motorefficiency (vergelijk benzineauto's 17-21%, dieselauto's 22-26%,<br />
brandstofcelauto's 48-52%; door toepassing van hybri<strong>de</strong> systemen neemt in<br />
elk van <strong>de</strong>ze gevallen <strong>de</strong> efficiency nog eens met ca. 8% toe).<br />
De rijeigenschappen van brandstofcelauto's zijn beter dan die van<br />
conventionele vervoermid<strong>de</strong>len. Door <strong>de</strong> elektrische aandrijving aan boord<br />
kan extra comfort wor<strong>de</strong>n geleverd, zoals het gebruik van <strong>de</strong> airco bij<br />
stilstand. En tenslotte is het door toepassing van waterstof mogelijk, in <strong>de</strong><br />
toekomst olie-onafhankelijke energiebronnen voor <strong>de</strong> mobiliteitssector te<br />
introduceren. Toepassing van brandstofcellen heeft <strong>de</strong> voorkeur van<br />
DaimlerChrysler boven <strong>de</strong> verbranding van waterstof in verbrandingsmotoren,<br />
omdat dit aanzienlijk min<strong>de</strong>r efficiënt is en bovendien niet 100% schoon en<br />
niet stiller dan conventionele voertuigen.<br />
De inspanningen voor <strong>de</strong> ontwikkeling van duurzame mobiliteit spelen zich<br />
wereldwijd af, zeker ook in Japan waar men voor 100% afhankelijk is van<br />
geïmporteer<strong>de</strong> motorbrandstoffen. DaimlerChrysler is over <strong>de</strong> hele wereld<br />
betrokken bij <strong>de</strong>ze ontwikkelingen, meer dan hon<strong>de</strong>rd DaimlerChrysler<br />
waterstofvoertuigen zijn er dagelijks over <strong>de</strong> hele wereld <strong>op</strong> <strong>de</strong> <strong>weg</strong>.<br />
Voor het dagelijkse gebruik van waterstofvoertuigen is een uitgebrei<strong>de</strong><br />
waterstofinfrastructuur nodig. Op diverse locaties in <strong>de</strong> wereld wor<strong>de</strong>n<br />
inititatieven genomen om te beginnen met een <strong>de</strong>rgelijke infrastructuur.<br />
In Duitsland is besloten tot aanleg van een waterstofsnel<strong>weg</strong>: een keten van<br />
waterstoftankstations langs snel<strong>weg</strong>en, die een 1800 km lange lus door het<br />
land vormt en die <strong>de</strong> belangrijkste waterstofcentra van het land verbindt. Aan<br />
dit initiatief nemen universiteiten, wetenschappelijke on<strong>de</strong>rzoekscentra,<br />
energieleveranciers (waaron<strong>de</strong>r ook elektriciteitsbedrijven) en <strong>de</strong><br />
automobielbranche <strong>de</strong>el. De aanleg van <strong>de</strong>ze snel<strong>weg</strong> is mogelijk gemaakt<br />
doordat <strong>de</strong> Duitse regering onlangs een extra budget heeft toegezegd
Figuur 3. <strong>Waterstof</strong>snel<strong>weg</strong>, zoals voorgesteld in Duitsland.<br />
De realisatie van zulke initiatieven is van groot belang om ervaring <strong>op</strong> te doen<br />
met diverse technologieën, om ervaringsgegevens uit te wisselen en om te<br />
komen tot standaardisering. Bij <strong>de</strong> waterstofsnel<strong>weg</strong> zal on<strong>de</strong>r meer gebruik<br />
wor<strong>de</strong>n gemaakt van een revolutionair, door Lin<strong>de</strong> ontwikkeld<br />
waterstoftankstation, waarbij het voertuig met grote precisie wordt geleid<br />
boven <strong>de</strong> vulplek.<br />
Lin<strong>de</strong> (eige<strong>naar</strong> van o.m. HoekLoos) is ook <strong>de</strong> initiatiefnemer voor een studie<br />
<strong>naar</strong> <strong>de</strong> behoefte aan waterstofinfrastructuur in Eur<strong>op</strong>a. Hieruit blijkt dat in<br />
Ne<strong>de</strong>rland met vijftien tot twintig tankstations, voornamelijk in <strong>de</strong> Randstad,<br />
tachtig procent van <strong>de</strong> behoefte kan wor<strong>de</strong>n afge<strong>de</strong>kt. Per station is een<br />
investering vereist van an<strong>de</strong>rhalf à twee miljoen Euro. Dit is een betrekkelijk<br />
gering bedrag, en het Platform Duurzame Energie heeft <strong>de</strong>ze kwestie dan ook<br />
al <strong>op</strong>gepakt.
Intussen gaat <strong>de</strong> ontwikkeling van <strong>de</strong> brandstofcelauto met onvermin<strong>de</strong>r<strong>de</strong><br />
kracht door. Het nieuwe Merce<strong>de</strong>s Benz mo<strong>de</strong>l HyGenius kan zich qua<br />
prestaties meten met een conventionele auto: motorvermogen 60/85 kW,<br />
actieradius meer dan 400 km met een 700 bar waterstoftank en een Li-ion<br />
batterij, maximumsnelheid 174 km/uur, verbruik 2,9 l per 100 km, start bij -25<br />
o C.<br />
Figuur 4. Nieuw mo<strong>de</strong>l brandstofcelauto Merce<strong>de</strong>s Benz, <strong>de</strong> HyGenius.<br />
Voor het evenaren van <strong>de</strong> actieradius van <strong>de</strong> huidige generatie benzineauto's<br />
is verhoging van <strong>de</strong> <strong>op</strong>slagcapaciteit van waterstoftanks cruciaal.De<br />
ontwikkeling van <strong>de</strong> waterstoftank lijkt momenteel richting 700 bar te gaan.<br />
Opslag van waterstof in vloeibare vorm is ook mogelijk, daartoe dient wel<br />
gekoeld te wor<strong>de</strong>n tot -253 °C. Een an<strong>de</strong>re mogelijkheid om <strong>de</strong> actieradius<br />
van auto's te vergroten is door ze weer een slag lichter te maken. De<br />
afgel<strong>op</strong>en <strong>de</strong>cennia is <strong>de</strong> ontwikkeling <strong>de</strong> an<strong>de</strong>re kant <strong>op</strong> gegaan: <strong>de</strong> VW Golf<br />
is 300 kg zwaar<strong>de</strong>r dan die van twintig jaar gele<strong>de</strong>n, door alle accessoires die<br />
in die tijd zijn toegevoegd.<br />
Elektrische tractie met gebruik van batterijen verliest zijn waar<strong>de</strong> als waterstof<br />
wordt toegepast. De introductie van <strong>de</strong> waterstofauto voorziet Daimler<br />
Chrysler vanaf 2015, met een introductietijd van acht jaar. Met voldoen<strong>de</strong><br />
inspanning is een versnel<strong>de</strong> introductie zelfs mogelijk. Er is dan voor<br />
elektrische tractie met gebruik van batterijen geen toekomst meer.<br />
Het duurzame mobiliteitssysteem zal er alleen komen als overheid,<br />
wetenschap en industrie samenwerken. Tot voor kort leek het gebrek aan<br />
politieke wil het grootste obstakel te zijn voor <strong>de</strong> doorbraak van <strong>de</strong><br />
waterstofauto. Het afgel<strong>op</strong>en jaar echter is het transitieplatform on<strong>de</strong>r hoge<br />
druk aan het werk gegaan om te voldoen aan <strong>de</strong> Eur<strong>op</strong>ese regels voor fijn stof<br />
en CO2. Er is nu een bun<strong>de</strong>ling van inspanningen om <strong>de</strong> nieuwe stappen snel<br />
te zetten. De dichtheid van Ne<strong>de</strong>rland werkt in ons voor<strong>de</strong>el. Diverse grote<br />
bedrijven als Shell, Nuon en E-on zijn bereid te investeren in <strong>de</strong>ze<br />
ontwikkeling.
Er zijn grote aanpassingen nodig aan <strong>de</strong> huidige vervoerssystemen, maar in<br />
eendrachtige samenwerking kunnen <strong>de</strong>ze tot stand wor<strong>de</strong>n gebracht.
Brandstofcellen in <strong>de</strong> gebouw<strong>de</strong> omgeving<br />
Jos van <strong>de</strong>r Hy<strong>de</strong>n<br />
General Manager Eur<strong>op</strong>e, Middle-East and Africa<br />
Plug Power<br />
<strong>Waterstof</strong> heeft belangrijke toepassingen in <strong>de</strong> stationaire energievoorziening:<br />
<strong>de</strong> levering van energie en energiediensten aan woningen, gebouwen en<br />
installaties. <strong>Waterstof</strong> is <strong>op</strong> dit terrein al gepenetreerd in niche toepassingen<br />
en zal, als <strong>de</strong> markt zich ver<strong>de</strong>r ontwikkelt, hierin steeds belangrijker wor<strong>de</strong>n.<br />
Plug Power, een Amerikaanse beursgenoteer<strong>de</strong> on<strong>de</strong>rneming (Nasdaq) met<br />
een belangrijke Ne<strong>de</strong>rlandse vestiging, beweegt zich <strong>op</strong> dit gebied. Plug<br />
Power is strategische allianties aangegaan met Honda en Vaillant.<br />
Bij <strong>de</strong> toepassing van een nieuwe technologie wor<strong>de</strong>n <strong>de</strong> eerste stappen<br />
gezet door early ad<strong>op</strong>ters: partijen die gemotiveerd zijn om een technologie<br />
toe te passen ook al is <strong>de</strong>ze nog niet concurrerend. De toepassing van<br />
waterstof in brandstofcellen in <strong>de</strong> stationaire energievoorziening is dit stadium<br />
al gepasseerd. Plug Power is nu met succes bezig <strong>de</strong> markt te ontsluiten van<br />
noodstroomvoorziening, waarbij backup wordt geleverd aan installaties die<br />
geen secon<strong>de</strong> zon<strong>de</strong>r stroom kunnen functioneren. Het belangrijkste<br />
toepassingsgebied wordt gevormd door telecommunicatie, maar ook voor<br />
industriële installaties komt <strong>de</strong>ze technologie nu in beeld.<br />
De volgen<strong>de</strong> brandstofceltoepassing zal zijn <strong>de</strong> permanente<br />
stroomvoorziening <strong>op</strong> afgelegen plaatsen, die met het elektriciteitsnet moeilijk<br />
te bereiken zijn. Vervolgens zullen installaties in beeld komen die parallel aan<br />
het net draaien, en tenslotte zal ook <strong>de</strong> vervoermarkt <strong>op</strong> waterstoftechnologie<br />
overschakelen.<br />
De kern van onze boodschap is vierledig.<br />
• Brandstofcelsystemen voor noodstroomvoorziening zijn <strong>op</strong> dit moment<br />
leverbaar<br />
• Brandstofcellen leveren <strong>de</strong>ze functie met lage on<strong>de</strong>rhoudskosten en lange<br />
levensduur; <strong>de</strong> installaties zijn milieuvrien<strong>de</strong>lijk en kunnen <strong>op</strong> afstand<br />
wor<strong>de</strong>n bestuurd<br />
• Deze systemen zijn gecertificeerd voor bedrijfszekerheid on<strong>de</strong>r extreme<br />
omstandighe<strong>de</strong>n in <strong>de</strong> buitenlucht<br />
• Als Ne<strong>de</strong>rland nu in actie komt, kan het binnen een paar jaar nummer één<br />
in Eur<strong>op</strong>a wor<strong>de</strong>n in geïnstalleerd brandstofcelvermogen.
Figuur 1. Plug Power Gencore systeem, voor noodstroomvoorziening<br />
De GenCore® brandstofcellen die wij leveren, werken als batterijen: ze<br />
leveren gelijkstroom. En ze werken als een generator: ze leveren stroom zo<br />
lang er brandstof aanwezig is. De brandstof is waterstof, doorgaans geplaatst<br />
met zes cilin<strong>de</strong>rs, het gebruik bedraagt maximaal een halve cilin<strong>de</strong>r per uur.<br />
De installatie levert elektriciteit met een vermogen van 0-5 kW, en ver<strong>de</strong>r<br />
warmte en water. Door sensoren wordt <strong>de</strong> werking van <strong>de</strong> installatie gevolgd,<br />
on<strong>de</strong>r meer <strong>de</strong> nog aanwezige brandstofvoorraad. De installatie schakelt<br />
zichzelf in en uit wanneer dit nodig is en volgt <strong>de</strong> electriciteitsvraag volomen<br />
automatisch. In twaalf secon<strong>de</strong>n is <strong>de</strong> brandstofcel <strong>op</strong> vol vermogen, in <strong>de</strong>ze<br />
<strong>op</strong>starttijd wordt het vermogen geleverd door accu's.<br />
Figuur 2. Installatie geplaatst <strong>op</strong> een bergt<strong>op</strong> aan het eind van het elektriciteitsnet. Onweer is<br />
zeer gewoon, elke dag is er blikseminslag. De brandstofcel zorgt voor <strong>de</strong> back-up na <strong>de</strong>ze<br />
inslagen.
Figuur 3. De installaties in Schotland is geplaatst in een skigebied, om <strong>de</strong> werking on<strong>de</strong>r<br />
extreme omstandighe<strong>de</strong>n te testen. Door <strong>de</strong> lange bedrijfstijd is dit eigenlijk niet meer een<br />
noodstroominstallatie.<br />
Zeker in <strong>de</strong> telecommunicatie is <strong>de</strong> onon<strong>de</strong>rbroken levering van stroom een<br />
levensvoorwaar<strong>de</strong>. Dat geeft problemen wanneer <strong>de</strong> installaties die<br />
verbindingen on<strong>de</strong>rhou<strong>de</strong>n zich bevin<strong>de</strong>n <strong>op</strong> zwakke plaatsen in het<br />
elektriciteitsnet, of wanneer ze getroffen wor<strong>de</strong>n door extreme<br />
omstandighe<strong>de</strong>n: onweer, orkanen, zware sneeuwval, aardbevingen.<br />
Brandstofcellen geven ook on<strong>de</strong>r <strong>de</strong>ze omstandighe<strong>de</strong>n een betrouwbare<br />
stroomvoorziening.<br />
Plug Power is begonnen met levering van <strong>de</strong>ze systemen in november 2003<br />
en heeft momenteel over <strong>de</strong> hele wereld ca. 200 installaties geplaatst.<br />
Inmid<strong>de</strong>ls is begonnen met het testen van <strong>de</strong> volgen<strong>de</strong> generatie: generatoren<br />
voor toepassing los van het elektriciteitsnet. Deze l<strong>op</strong>en <strong>op</strong> LPG en bezitten<br />
dus een eigen reformer. De tests zijn bedoeld om <strong>de</strong> kin<strong>de</strong>rziektes eruit te<br />
halen; introductie <strong>op</strong> <strong>de</strong> markt wordt verwacht in 2007. Ze zullen voornamelijk<br />
wor<strong>de</strong>n toegepast waar dieselgeneratoren niet toegelaten zijn van<strong>weg</strong>e <strong>de</strong><br />
mogelijkheid van verontreiniging of geluidproductie, bijvoorbeeld voor <strong>de</strong><br />
stroomvoorziening in natuurgebie<strong>de</strong>n. Naarmate <strong>de</strong> prijs omlaag gaat zullen<br />
<strong>de</strong>ze systemen dieper in <strong>de</strong>ze markt doordringen. Voor toepassing in huizen<br />
en gebouwen parallel aan het net wordt in samenwerking met Honda een<br />
Home Energy Station en met Vaillant een brandstofcel warmtekrachtsysteem<br />
ontwikkeld.
Figuur 4. Testveld met GenSys systemen.<br />
Brandstofcelinstallaties zijn on<strong>de</strong>rworpen aan strenge veiligheidsnormen.<br />
Momenteel zijn van toepassing:<br />
• ATEX 95<br />
• IEC/TC 105 / WG 5: Stationary fuel cell power plants - Installation<br />
• ISO/TC 197 / WG 9: Hydrogen generators using fuel processing<br />
technologies<br />
• NEN Normcommissie 310 197: draagt zorg voor <strong>de</strong> Ne<strong>de</strong>rlandse inbreng,<br />
richtlijn ontploffingsgevaar<br />
• PGS 15 (Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen): Richtlijn <strong>op</strong>slag van<br />
verpakte gevaarlijke stoffen<br />
• Toekomstige regelgeving: IEC/TC 105 / WG 3: Stationary fuel cell power<br />
plants - Safety<br />
Alle systemen van Plug Power voldoen aan <strong>de</strong>ze nationale en internationale<br />
normen en zijn dan ook CE gecertificeerd.<br />
In <strong>de</strong>ze fase van <strong>de</strong> ontwikkeling heeft overheidsbeleid grote invloed <strong>op</strong> <strong>de</strong><br />
markt. De eerste commerciële systemen zijn beschikbaar, er zijn voldoen<strong>de</strong><br />
leveranciers. Het moment is aangebroken om <strong>de</strong> markt te stimuleren en niet<br />
langer <strong>de</strong> technostarters. Juist omdat <strong>de</strong> bedrijfstak net aan het <strong>op</strong>starten is<br />
kan <strong>de</strong> overheid met een kleine stimulans veel bereiken. Daarbij <strong>de</strong>nken wij<br />
vooral aan (belasting)voor<strong>de</strong>len voor eindgebruikers.<br />
Stimulering van <strong>de</strong> vraag heeft ook gevolgen voor <strong>de</strong> industriële ontwikkeling.<br />
De industrie volgt <strong>de</strong> markt. Als voorbeeld kunnen we wijzen <strong>op</strong><br />
Nordrheinland-Westfalen in Duitsland. Deze <strong>de</strong>elstaat herbergt <strong>de</strong>rtig procent<br />
van alle Eur<strong>op</strong>ese brandstofcelinstallaties, en ook <strong>de</strong>rtig procent van <strong>de</strong><br />
Eur<strong>op</strong>ese brandstofcelindustrie is hier gevestigd.<br />
Door eindgebruikers te subsidiëren, kunnen <strong>de</strong>ze kiezen voor <strong>de</strong> beste<br />
producten en business mo<strong>de</strong>ls. Laat ver<strong>de</strong>r <strong>de</strong> leveranciers <strong>de</strong> R&D projecten<br />
kiezen die lei<strong>de</strong>n <strong>naar</strong> marktsucces. Voorbeel<strong>de</strong>n van zulke<br />
stimuleringsprogramma's zijn er voldoen<strong>de</strong>. In <strong>de</strong> VS wordt <strong>op</strong> basis van <strong>de</strong><br />
Energy Policy Act van 2005 30% belastingvoor<strong>de</strong>el gegeven <strong>op</strong> <strong>de</strong> totale<br />
kosten van geïnstalleerd vermogen, tot $1000/kW. Het Wereldbank (IFC)<br />
program (Zuid Afrika) subsidieert 50% van <strong>de</strong> investeringskosten (tot<br />
$2000/kW). Japan vergoedt tot 3 miljoen yen (€22,500) per systeem voor <strong>de</strong><br />
eindgebruiker (1kW WKK).
Als Ne<strong>de</strong>rland nu <strong>op</strong> <strong>de</strong> juiste manier stimuleert kunnen we over enkele jaren<br />
nummer één in geïnstalleerd vermogen zijn. En <strong>de</strong> industrie volgt <strong>de</strong> vraag.<br />
De tijd is rijp voor stimulering van <strong>de</strong> markt.
B-06-025<br />
www.ecn.nl<br />
www.jrc.ec.eur<strong>op</strong>a.eu