Waterstof: waar staan we, waar gaat het naar toe? Frank de Bruijn, KIVI NIRIA congres 12-10-2006

Niet vrij verkrijgbaar Waterstof Een Gas Kleurloos;Geurloos;Niet Giftig; Brandbaar H2 H2O CH4 C7H14 CnH2n water aardgas benzine biomassa Waterstof Niet vrij verkrijgbaar 20-9-2018

Waterstof waarom zouden we? 20-9-2018

1. Voorzieningszekerheid en eindigheid: olie Reserve/jaarproductie BP statictical review 2005 20-9-2018

Voorzieningszekerheid (2): olie, gas, kolen Reserve/jaarproductie Nederlands aardgas: nog ca 28 jaar 20-9-2018

2. klimaatverandering als gevolg van stijging CO2 gehalte (voorspellingen klimaatmodellen) Hogere temperaturen: zeer waarschijnlijk Zware regen: zeer waarschijnlijk Zware orkanen: zeer waarschijnlijk 20-9-2018

3. Lokale luchtvervuiling NO2 emissies Smog Bron: rivm 20-9-2018

De lucht is nog nooit zo schoon geweest Ten eerste is het vermoeden dat de mens via de uitstoot van het broeikasgas CO2 het klimaat verandert een onbewezen en omstreden theorie 20-9-2018

…although the science remains uncertain, the chances of serious consequences are high enough to make it worth spending the (not exorbitant) sums needed to try to mitigate climate change. 20-9-2018

Een verstandig energiebeleid Schoon Fossiel Trias Energetica Waterstof en Brandstofcellen Woningen Industrie Transport Wind Zon Biomassa Energiebesparing Hernieuwbare energie 20-9-2018

Waterstof Bronnen en Productie 20-9-2018

Opslag/Transport/ Distributie De waterstofketen: niet meer afhankelijk van één bron Kolen Aardolie produkten Aardgas LPG Biomassa Zon Wind Nucleair Kooldioxide Waterstof Opslag Opslag/Transport/ Distributie Gebouwde Omgeving Industrie Vervoer Weg/water/lucht 20-9-2018

Waterstof uit aardgas CH4 + H2O CO + H2 CO2 H2 800 –1000 °C; 8 – 35 bar CO + H2 Water-Gas Shift HT + LT CO2 Pressure Swing Adsorption H2 Bestaand proces voor waterstofproductie tbv MeOH, NH3, brandstofverbetering 20-9-2018

Waterstof uit kolen C + O2 + H2O CO + H2 + CO2 + x,y,z CO2 H2 1200 – 1600 °C; 25 – 40 bar CO + H2 + CO2 + x,y,z Water-Gas Shift CO2 Pressure Swing Adsorption H2 20-9-2018

Waterstofproductie met CO2 afvangst en opslag projectvoorstel BP, Peterhead, Scotland Afvangst uit kolen uit aardgas Transport technisch mogelijk Opslag Enhanced Oil Recovery Lege gasvelden Saline Aquifers (Sleipner) 20-9-2018

Hernieuwbaar waterstof uit zon, wind, waterkracht 20-9-2018

Waterstof uit biomassa: thermochemisch HT vergassing > 1250 ºC CO + H2 + CO2 + x,y,z Water-Gas Shift CO2 Pressure Swing Adsorption H2 20-9-2018

Vergelijking productieprocessen Benzine: $8-10 per GJ 20-9-2018

Waterstof transport en distributie 20-9-2018

verschillende opties voor transport & distributie De waterstofketen: verschillende opties voor transport & distributie Waterstof Vloeibaar waterstof Hoge druk (200 – 700 bar) Pijpleidingen Gebouwde Omgeving Industrie Vervoer Weg/water/lucht 20-9-2018

Waterstofvoorziening anno 2050 20-9-2018

Kleinschalige productie voor de beginfase * Afbeelding van Hygear / Nexus Global Locale productie uit aardgas: 50 Nm3/hr = 5 kg H2/hr , voor 1 waterstofauto per uur 20-9-2018

Waterstof omzetting voor mobiliteit en warmte-kracht 20-9-2018

De ideale manier om waterstof om te zetten: de brandstofcel Lucht + warmte + H2O Efficiënt ; Schoon ; Stil 20-9-2018

Brandstofcellen voor vervoer: de voordelen Los Angeles Parijs NO emissies in West-Europa Lagere emissies: fijn stof, NOx, CO, CxHy, SOx Lager brandstofverbruik, lagere CO2 emissies Minder geluid Brandstofdiversificatie Hogere beschikbaarheid elektriciteit Minder onderhoud 20-9-2018

Waterstof voor vervoerstoepassingen (brandstofceltoepassingen) 5-70 kW waterstof 200 kW waterstof 2-7 kW waterstof 100-500 kW Waterstof uit kerosine 10-10000 kW Waterstof uit scheepvaartdiesel 20-9-2018

Europa: het CUTE project 30 bussen in 10 steden Verschillende klimaatcondities Verschillende opties waterstofproductie Beschikbaarheid waterstofbussen nu hoger dan de dieselbussen! 20-9-2018

Plannen van de automobielindustrie GM Sequel Toyota Fine-N “Not affordable but doable” “GM’s goal,” Burns explained, “is to design and validate a fuel cell propulsion system by 2010 that is competitive with current internal combustion systems on durability and performance, and that ultimately can be built at scale affordably. ” 20-9-2018

Waterstoftoepassingen met voor waterstof aangepaste verbrandingsmotoren Ford Focus Waterstof ICE 2001 MAN Waterstof bus ICE Munchen luchthaven 1999 Ford Model U Waterstof ICE 2004 Tupolev vliegtuig op waterstof 1988 20-9-2018

Waterstofopslag voor personenauto’s Consumenten wensen Actieradius: > 600 km Tank tijd: < 2.5 minuten Kosten < $333 Huidige status (DoE 2004 Review) volumetrische dichtheid kWh/l gravimetrische dichtheid kWh/kg kosten $/kWh DoE doel 3 2.7 2 Hoge druk H2 350 bar 0.8 2.1 12 700 bar 1.3 1.9 16 vloeibaar H2 1.6 2.0 6 Metaal Hydride 0.6 20-9-2018

Brandstofcellen voor stationaire toepassingen: de voordelen Lager brandstofverbruik, lagere CO2 emissies Minder Net-uitval Geen verzwaring van het e-net nodig Geen grote investeringen productiecapaciteit in één keer 20-9-2018

Energiebesparing door warmte-krachtkoppeling Traditionele, gescheiden opwekking Energiebesparing door co-generatie Elektriciteit (30 arbitrary units) Warmte (60 arbitrary units) 71 60 aardgas/kolen Aardgas E-centrale (42%) CV-ketel (100%) Elektriciteit (30%) Warmte (60%) 100 Aardgas Som: 131 Som: 100 20-9-2018

Waterstof voor stationaire toepassingen (brandstofceltoepassingen) 1 kW noodstroomvoorziening Op waterstof 1-5 kW elektriciteit Waterstof uit aardgas 200 kW elektriciteit + warmte Waterstof uit aardgas, biogas, etc 20-9-2018

Micro Warmte Kracht: Japan Micro Warmte Kracht: EU project Virtual Power Plant Ca 30 systemen van 5 kWe, Plugpower/Vaillant. allen bedreven op aardgas op afstand aanstuurbaar 11 systemen in Nederland Micro Warmte Kracht: Japan Millenium project van 1-5 kWe, Toshiba, Sanyo, Mitsibushi Electric, Fuji Electric, eerste systeem bij premier Koizumi van Japan geinstalleerd 350 systemen in lease constructie bij klanten in komend jaar 20-9-2018

Mini WK Meest verontwikkeld: Fosforzure Brandstofcel Meer dan 300 installaties wereldwijd Elektrisch rendement ca 32% Levensduur: 30.000 – 40.000 uur Kostenniveau: 2000 – 4000 euro/kWe Concurrentie in zelfde segment Gasmotoren (typisch 650 kWe – 3 MWe) Elektrisch rendement ca 42% Levensduur: ca 10 – 12 jaar Kostenniveau: 500 – 1500 euro/kWe Nadeel: NOx emissies en methaanslip (1-3 %) 20-9-2018

Huidige Status brandstofcel micro WK systemen Bewezen levensduur Ca 3 jaar Doel: > 10 jaar Beschikbaarheid Plugpower systemen: meer dan 92%. Doel: > 99.9 % Rendement Japanse systemen: ca 30% elektrisch rendement. Totaal rendement > 90%. Plugpower systemen: ca 25% elektrisch rendement. Totaal rendement > 85%. Doel: elektrisch rendement > 35%; totaal rendement > 90% Kosten Huidige productiekosten voor 1 kWe eenheden: ca 25000 - 75000 euro. Verwachting Tokyo Gas voor 2008 – 2010: 3700 euro. Doel: 1000 – 1500 euro 20-9-2018

Waterstof ketenrendementen 20-9-2018

De huidige energieketen voor het vervoer 100 35 km 86 20-9-2018

De waterstofketen voor het vervoer electrolyser 100 57 km 60 20-9-2018

De ketens vergeleken: een autorit van 100 km Benzine auto Primaire Energie 283 MJ CO2 emissies 21 kg Lokale emissies CO ; NOx ; HC 48 g ; 3 g ; 3 g Brandstofcelauto op waterstof Primaire Energie 196 MJ CO2 emissies 11 kg (aardgas) of 2 kg (biomassa) Lokale emissies CO ; NOx ; HC 0 g ; 0 g ; 0 g 20-9-2018

De Waterstofeconomie: toekomstmuziek? GII.com 20-9-2018

De Waterstofeconomie anno 2006 20-9-2018

Fases in een transitie Hier is visie en regie van de overheid nodig 25 – 50 jaar! 20-9-2018

De transitie naar Waterstof als energiedrager Waterstof uit Hernieuwbare Bronnen Het ultieme doel: schoon, hernieuwbaar waterstof voor transport en warmte-krachtopwekking Waterstof met CO2 afvangst uit aardgas en kolen Waterstof klimaatneutraal; gebruik maken van bronnen die voldoende beschikbaar zijn Waterstof uit aardgas Het begin van de transitie; ervaring opdoen, infrastructuur ontwerpen 2005 2015 2045 2025 2035 20-9-2018

Waterstof uit duurzame energie NU is suboptimaal Via electrolyse, levert 75 PJ duurzame elektriciteit op: 63.5 PJ waterstof Om deze waterstof uit aardgas te produceren, hebben we 79 PJ aardgas nodig Door de 75 PJ duurzame elektriciteit directl als elektriciteit te gebruiken, besparen we 170 PJ aardgas (44% als gemiddelde elektrisch rendement nemend) Het totale elektriciteitsverbruik in 2002 bedroeg 330 PJ: Voorlopig hebben we geen overschot aan elektriciteit 20-9-2018

Wat moet er zijn voordat grootschalig gebruik gemaakt kan worden van waterstof? Gebruikers die nieuwe, betrouwbare technologie wordt geboden die meerwaarde in deze technologie zien Technologieontwikkelaars en infrastructuurontwikkelaars moeten het perspectief hebben dat hun geavanceerde, in eerste instantie duurdere technologie een plaats in de markt zal krijgen Regelgeving voor waterstof Infrastructuur voor waterstof, zowel voor vervoer als voor stationair gebruik 20-9-2018

Conclusies Waterstof kan een belangrijke bijdrage leveren voor de vermindering van: - de afhankelijkheid van olie-importen - de uitstoot van broeikasgassen - de uitstoot van schadelijke stoffen De benodigde veranderingen zijn zeer groot: - nieuwe technologie - nieuwe infrastructuur - nieuwe regelgeving - hogere kosten 20-9-2018

NIETS DOEN ACTIE Bron: Scientific American 20-9-2018