Door de toezegging van de Europese Unie om klimaatneutraal te zijn voor 2050 moet het door fossiele brandstoffen gedomineerde energienetwerk op de schop. Waterstof wordt gezien als één van de mogelijke energiedragers die kan helpen bij het vervangen van fossiele brandstoffen. Een onderzoek van de TU Delft beoogt de haalbaarheid van grootschalige waterstofproductie voor de Europese markt te kwantificeren en laat zien dat duurzaam geproduceerde waterstof goedkoper kan zijn dan het gebruik van fossiele brandstoffen.
Om de nadelige effecten van het gebruik van fossiele brandstoffen tegen te gaan heeft de Europese Unie zich gebonden aan doelstellingen, middels de ‘’European Green Deal’’ en het ‘’REPowerEU plan’’, die bedoeld zijn om de uitstoot van de regio drastisch te verminderen. In deze casus wordt waterstof geproduceerd via elektrolyse, die duurzaam opgewekte elektriciteit uit zonnepanelen en gezuiverd zeewater gebruikt als grondstoffen. Om het seizoensgebonden verschil in productie en consumptie van waterstof te compenseren is er in de casus ook een mogelijkheid tot langetermijnopslag. Ten slotte is er een transportnetwerk aanwezig om het geproduceerde water, elektriciteit en waterstof te verplaatsen tussen de verschillende onderdelen van het systeem.
Het gebruik van waterstof ter vervanging van fossiele brandstoffen in onder andere de zware industrie wordt gezien als één van de mogelijkheden om uitstoot te verminderen. Om waterstof als realistisch alternatief te bieden moet het aanbod in waterstofproductie flink opgeschroefd worden. Om de economische haalbaarheid van een grootschalig waterstofnetwerk te analyseren is in dit onderzoek een rekenmodel ontwikkeld.
Het doel van dit model is om een systeemontwerp te vinden dat tegen de laagste prijs kan voldoen aan de waterstofvraag. Het ontwikkelde rekenmodel wordt geanalyseerd aan de hand van een casus die ongeveer 35% van de verwachte vraag naar waterstof moet leveren.
Wat dit onderzoek onderscheidt van vergelijkbare onderzoeken is de integratie van de waterproductie als vast onderdeel van het systeem en de afstanden waarover het netwerk opereert. In eerdere onderzoeken werd vaak aangenomen dat water beschikbaar is als grondstof, maar door de toenemende schaarste aan water, met als gevolg de onzekerheid die dit op lange termijn met zich mee kan brengen, is er voor gekozen om dit te implementeren in het model als onderdeel van het systeem. Daarnaast zijn eerdere onderzoeken naar waterstofproductieketens vaak uitgevoerd op regionaal of nationaal niveau, wat kan leiden tot een onderschatting van de te maken transportkosten.
Dit onderzoek laat zien dat grootschalige productie van waterstof competitief is met fossiele brandstoffen op basis van de totale kosten. Op basis van het model wordt geschat dat de totale productiekosten voor een kilogram waterstof zullen liggen rond de 1,56 $/kg. De helft van de kosten worden gemaakt voor het produceren van elektriciteit, ongeveer een kwart voor het transporteren van water, elektriciteit en waterstof en iets minder dan een kwart voor elektrolyse (zie Figuur 1). Opvallend is dat zowel opslag als waterproductie slechts een klein aandeel leveren in de totale kosten van het systeem.
Figuur 1: Procentuele kostenbijdrage van de individuele componenten voor de totale kosten
Omdat de productieketen die wordt bekeken in de casus zich bevindt in 2050, zijn er veel schattingen gemaakt voor de kosten die horen bij het gebruik van een specifieke technologie. Een gevoeligheidsanalyse is uitgevoerd om inzicht te krijgen in hoe de hoogte van de geschatte kosten invloed heeft op de uitkomst van het model. Zo is gevonden dat de geschatte kosten uitkomen op 0,85 $/kg in het beste geval en 1,92 $/kg in het slechtste geval. De drie factoren die de kosten van het systeem het meest beïnvloeden zijn respectievelijk energieproductie, elektrolyse en transport. Deze resultaten zijn ook vergeleken met de kosten voor waterstofproductie op basis van fossiele brandstoffen, welke geschat worden tussen de 1,88 $/kg en 2,79 $/kg.
In het onderzoek zijn ook een aantal factoren naar boven gekomen die de haalbaarheid van dit plan kunnen verminderen. Zo is het nog onduidelijk hoeveel uitstoot er kan worden gereduceerd met deze waterstofproductieketen. Verder is ongeveer 3,5% van het landoppervlak van Marokko nodig om voldoende energie te produceren met zonnepanelen. Daarnaast is het onduidelijk of het verstandig is om 35% van de energievoorziening afhankelijk te maken van één productiestroom. Ten slotte moet ook benadrukt worden dat in dit onderzoek het transportnetwerk sterk versimpeld is en dat in de praktijk de kosten voor dit onderdeel waarschijnlijk hoger zullen liggen.
Op basis van dit onderzoek kan geconcludeerd worden dat grootschalige waterstofproductie voor de Europese markt een economisch haalbaar plan is en op zijn minst competitief is met het gebruik van fossiele brandstoffen. Bovendien is duidelijk geworden dat de integratie van het produceren van water als grondstof in de productieketen geen significante kosten met zich meebrengt.
Publicatie: Jeroen Janssen, 2023: Economic analysis of a renewable hydrogen supply chain between Northern Africa and the European Union (Master Thesis), TU Delft. Link: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A963e894c-3644-4eea-87c1-9bceecf37a34?collection=education. Contact:Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. JavaScript dient ingeschakeld te zijn om het te bekijken..
