Waterstof voor de van-wind-tot-wiel-keten

Op de proeflocatie van ECN in de Wieringermeer moet in het eerste kwartaal van 2019 een 4,8 MW-windturbine staan, die naast elektriciteit ook waterstof produceert.


De turbine van Lagerwey wordt een geïntegreerde installatie die de opgewekte stroom direct gebruikt om water om te zetten in waterstof en zuurstof. Op het testveld zal de elektrolyse-installatie nog naast de mast staan, maar ín de masten (onshore en zeker offshore) is in de toekomst ruimte genoeg voor zo’n elektrolyse-installatie. De initiatiefnemers zien grote voordelen in waterstof als energiedrager, als energiebuffer en als vervanger van – bijvoorbeeld – diesel in vrachtwagens. ‘Waterstof wordt een volwaardige energieketen.’

Deze experimentele waterstofproducerende windturbine is de eerste in het project Duwaal, waarin ECN (Energieonderzoek Centrum Nederland), Lagerwey en Hygro zich tot doel stellen naast de windturbine een keten van vijf waterstofstations in Noord-Holland te bouwen die de brandstof leveren aan honderd op waterstof rijdende vrachtwagens. Zoals de voertuigen van HVC en GP Groot die in de regio rond Alkmaar afval transporteren naar de verwerkingsinstallaties, al moeten die nog wel omgebouwd worden.

Stroomvoorziening uit zon en wind fluctueert met de grillen van de natuur, dus is veel opgesteld vermogen en een zware infrastructuur (dikke kabels) nodig om te profiteren van de pieken in de productie. Echter, die transport- en distributiecapaciteit ligt er voor een groot deel van het jaar onbenut bij. De volatiliteit in de gegenereerde elektriciteit uit zon en wind en de overdimensionering in stroomkabels zijn te ondervangen met de directe waterstofproductie in de turbinemasten. Waterstof is immers niet alleen een prima energiedrager, maar ook een uitstekende energiebuffer om bijvoorbeeld de schommelingen in windsterkte in de verschillende seizoenen op te vangen.

Onderzeeboottechniek
In de offshorevariant moet de waterstofwindmolen ook beschikken over een apparaat om zeewater te destilleren. ‘Het is eigenlijk dezelfde technologie die in onderzeeboten gebruikt wordt om zuurstof te maken en die heel betrouwbaar is. Alleen gaat bij ons de zuurstof de lucht in; het gaat ons om de waterstof’, zegt Jan Willem Langeraar van Hygro. ‘In de windturbine van Lagerwey wordt de energie van de generator zo snel mogelijk ingevoed in het elektrolyseproces in de stack – in feite een stapel membranen – met waterstof als resultaat. Door de directe koppeling wordt het systeem goedkoper en de productie efficiënter.’ En die waterstof moet, in de toekomst, vervolgens via leidingen naar de gebruikers. Dat heeft een groot voordeel: ‘Per eenheid energie, joules of kilowatturen, is transport van waterstofgas een factor 10 goedkoper dan elektriciteit’, stelt Langeraar.

‘Een elektriciteitskabel voor – bijvoorbeeld – een 5 MW-windturbine, moet 5 MW kunnen afvoeren op de momenten dat het hard waait. Maar de rest van het jaar ligt die kabel maar te wachten op die 5 MW. Dus dat is een dure kabel. Bij een pijplijn is de rest van het jaar die capaciteit een nuttige buffer. Bovendien is nu voor offshore wind per 350 MW-windpark een stopcontact op zee nodig, een offshore transformatorstation. Die kosten vallen weg bij waterstof.’

De geproduceerde waterstof gaat via een pijp naar de wal in gecomprimeerde vorm, onder een druk tussen de 350 en 700 bar. ‘Dat is nog steeds een gas en het zijn verdomd kleine atomen, dus die zouden makkelijk door een wand kunnen dringen. Daarom moet je daarvoor composietbuizen gebruiken, of als je bestaande gasleidingen op de zeebodem gebruikt, die pijpen voorzien van een extra laag composiet’, zegt Piet Warnaar, die als business developer bij ECN betrokken is in het Duwaal-project.

‘Als je bestaande gasleidingen gebruikt –met de nodige aanpassingen – dan scheelt dat ook in procedures en kosten. De kabelkaarten van de Noordzee lijken één grote spaghettikluwen. Nieuwe leidingen leggen is zeer ingewikkeld en het kost je zo twee jaar om daarvoor een vergunning te krijgen’, stelt Warnaar. Tijdelijke waterstofopslag in lege gasvelden of zoutcavernes onder de Noordzee is ook een optie, mits de gesteenten absoluut niet-permeabel zijn. De ECN-man heeft ook nog een privédroom: schepen op waterstof, met tankstations op zee. ‘Japan denkt serieus na over schepen op waterstof.’

De studie offshore wind tot wiel, uitgevoerd door ECN & Hygro, concludeert dat de kostprijs per eenheid energie van een offshore waterstof-windpark (via leidingen naar land) gelijk is aan de prijs voor offshore elektriciteit uit wind. Waar elektrakabels tijdens transport warmte en dus energie verliezen, is bij waterstof daarvan geen sprake. Door de directe waterstofproductie in de windturbine omzeil je daarnaast conversieverliezen in de windturbine. Er kan in principe net zoveel energie, zo niet meer, aan land worden gebracht als bij elektriciteit, stelt de studie.

Nikola versus Tesla
Waterstof is op vele manieren toe te passen, maar de Duwaal-partijen mikken in eerste instantie op de proef met honderd vrachtwagens. De waterstoftruck wordt nog niet in de fabriek gemaakt, dus moeten eerst de verbrandingsmotoren uit de trucks en de brandstofcellen en elektromotoren erin. Het grote voordeel van waterstof is dat het per kg meer energie mee kan nemen; vrachtwagens hoeven daardoor niet zwaarder te worden om een goed bereik te hebben. Extra gewicht gaat ten koste van de voertuig-efficiëntie of van de te vervoeren lading. Ieder brandstofcelvoertuig heeft nog een andere vorm van energieopslag aan boord, op dit moment meestal batterijen, onder meer voor het opslaan van remenergie.

‘Het zou mooi zijn als we die vrachtwagens in één keer – dus alle honderd – kunnen kopen en ombouwen. Dan hebben we een prijsvoordeel’, zegt Hygro-man Langeraar. Naast de trucks van de afvalbedrijven in de regio Noord-Holland Noord die in de test mee gaan doen, rekenen de Duwaal-partners ook op belangstelling van transportbedrijven die in grote steden de winkels bevoorraden en aan steeds strengere milieueisen moeten voldoen.

In de VS wil startup Nikola Motor Company volgend jaar zijn eerste zware vrachtwagen op waterstof en brandstofcellen gaan testen. Het bedrijf in Salt Lake City slaat met deze energiedrager een andere weg in dan Tesla, het bedrijf van Elon Musk dat ook voor trucks vol inzet op batterijen. In 2021 zegt Nikola Motor Company te beginnen met de serieproductie van zijn vrachtwagens. Bosch en PowerCell (een spin-off van Volvo) zijn toeleveranciers van de brandstofcel en delen van de elektromotor. De truck moet een actieradius krijgen van ruim 1.900 km op een volle tank waterstof.

‘Ik vraag me af waarom wij dat ook niet kunnen in Europa’, verzucht Langeraar. ‘Of hier in Nederland. Met DAF, VDL en Scania hebben we toch genoeg vrachtwagenmakers die daarop in zouden moeten springen. Ook als je kijkt naar Japan en Korea; daar zijn ze al zó veel verder in de ontwikkeling van de mogelijkheden van waterstof. Dan is Nederland, ook qua r&d, een witte vlek. Het denkraam was tot voor kort sterk gericht op aardgas en dat lijkt vooralsnog vervangen door volledig elektrisch met opslag. Maar we moeten ons richten op een volwaardige en volledige keten van waterstofproductie en -gebruik. Gelukkig is er erg veel gaskennis in Nederland aanwezig; de omslag is dus snel te maken, net als bij aardgas in de vorige eeuw. Ik verwacht dat 2018 een belangrijk jaar voor waterstof wordt.’

Lagerwey in Duitse handen
Net voor de Kerst maakte windturbinefabrikant Lagerwey de overname bekend door Enercon, het Duitse bedrijf dat ook direct aangedreven onshore windturbines produceert en actief is in dertig landen. Het veel kleinere Lagerwey in Barneveld – 130 werknemers, € 50 miljoen jaaromzet – behoudt zijn naam. Enercon heeft zo’n 18.000 medewerkers en een omzet van € 4 miljard. Die schaalgrootte biedt Lagerwey mogelijkheden; de overname wordt gezien als een goede kans voor de Nederlandse windmolenbouwer die al sinds de jaren ’70 actief is.

Windenergiepionier Henk Lagerweij ging twee keer failliet (in 1985 en 2003), maar werkte wel gestaag door aan de direct drive-techniek en aan actieve en passieve bladhoekregeling van turbinebladen. Zijn technische ontwerpen kregen belangstelling uit onder meer China, India en Canada. Na 2003 overwoog hij zich alleen op engineering en ontwerpen te richten en licenties te verkopen. Maar in 2006 zag hij toch weer mogelijkheden turbines te gaan maken. ‘Er is een versnelling gekomen in de wereldmarkt en je ziet een clustering van bedrijven. Ik kan meeconcurreren, maar het is best lastig omdat we zo klein zijn. Ik moet het van de innovatie hebben. Maar je moet natuurlijk massa hebben om bijvoorbeeld tegen een scherpe prijs staal te kunnen inkopen’, aldus Henk Lagerweij een dikke week vóór de overname, op 13 december tijdens een bijeenkomst over 45 jaar windenergie in Amsterdam.

Enercon is in 1984 opgericht in Aurich, vlak onder de Duitse Waddenkust en dicht bij de grens met Nederland. De grootste onshore turbine die het produceert heeft een vermogen van 4 MW. (Tekst: Benno Boeters, Foto: Lagerwey)

Please follow and like us:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *