Waterstof: waar staan we, waar gaat het naar toe?

Presentatie over: "Waterstof: waar staan we, waar gaat het naar toe?"— Transcript van de presentatie:

1 Waterstof: waar staan we, waar gaat het naar toe?
Frank de Bruijn, KIVI NIRIA congres

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

3 Waterstof waarom zouden we?

4 1. Voorzieningszekerheid en eindigheid: olie
Reserve/jaarproductie BP statictical review 2005

5 Voorzieningszekerheid (2): olie, gas, kolen
Reserve/jaarproductie Nederlands aardgas: nog ca 28 jaar

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

7 3. Lokale luchtvervuiling
NO2 emissies Smog Bron: rivm

8 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

9 …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.

10 Een verstandig energiebeleid
Schoon Fossiel Trias Energetica Waterstof en Brandstofcellen Woningen Industrie Transport Wind Zon Biomassa Energiebesparing Hernieuwbare energie

11 Waterstof Bronnen en Productie

12 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

13 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

14 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

15 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)

16 Hernieuwbaar waterstof uit zon, wind, waterkracht

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

18 Vergelijking productieprocessen
Benzine: $8-10 per GJ

19 Waterstof transport en distributie

20 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

21 Waterstofvoorziening anno 2050

22 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

23 Waterstof omzetting voor mobiliteit en warmte-kracht

24 De ideale manier om waterstof om te zetten: de brandstofcel
Lucht + warmte + H2O Efficiënt ; Schoon ; Stil

25 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

26 Waterstof voor vervoerstoepassingen (brandstofceltoepassingen)
5-70 kW waterstof 200 kW waterstof 2-7 kW waterstof kW Waterstof uit kerosine kW Waterstof uit scheepvaartdiesel

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

28 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. ”

29 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

30 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

31 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

32 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

33 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

34 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

35 Mini WK Meest verontwikkeld: Fosforzure Brandstofcel
Meer dan 300 installaties wereldwijd Elektrisch rendement ca 32% Levensduur: – 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 %)

36 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 euro. Verwachting Tokyo Gas voor 2008 – 2010: 3700 euro. Doel: 1000 – 1500 euro

37 Waterstof ketenrendementen

38 De huidige energieketen voor het vervoer
100 35 km 86

39 De waterstofketen voor het vervoer
electrolyser 100 57 km 60

40 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

41 De Waterstofeconomie: toekomstmuziek?
GII.com

42 De Waterstofeconomie anno 2006

43 Fases in een transitie Hier is visie en regie van de overheid nodig
25 – 50 jaar!

44 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

45 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 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

46 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

47 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

48 NIETS DOEN ACTIE Bron: Scientific American