Inzicht in groen waterstof: Definitie en belangrijke differentiatoren

Wat is Groene Waterstof?

Groen waterstof wordt geproduceerd wanneer we watermoleculen splitsen via een proces dat elektrolyse heet, maar alleen wanneer hernieuwbare energiebronnen zoals zonlicht of wind de benodigde elektriciteit leveren. Eigenlijk betekent dit dat er een elektrische stroom door water (H2O) wordt geleid om het te ontleden in waterstofgas en zuurstof, waarbij absoluut geen koolstofdioxide wordt geproduceerd. De traditionele manieren om waterstof te verkrijgen zijn niet zo schoon en maken vaak gebruik van fossiele brandstoffen. Daarom zien veel experts groen waterstof als erg belangrijk voor de reductie van broeikasgassen wereldwijd, volgens recent onderzoek van HERO Future Energies vorig jaar.

Hoe groen waterstof verschilt van grijs en blauw waterstof

• Grijze waterstof : Afgeleid van aardgas via stoommethaanreformering, met uitstoot van 10-12 kg CO2 per kg waterstof.
• Blauw waterstof : Gebruikt dezelfde fossiele brandstofbasis, maar integreert koolstofafvang en -opslag (CCS) om de uitstoot met ongeveer 50% te verminderen.
• Groene waterstof : Stoot geen directe emissies uit, omdat hernieuwbare energie het gehele elektrolyseproces aandrijft.

Hoewel grijze waterstof 95% van de huidige productie domineert, zijn de levenscyclusemissies van groene waterstof 75-90% lager dan zelfs die van blauwe waterstof (Visualizing Energy, 2024).

De essentiële rol van hernieuwbare energie in de productie van groene waterstof

Groen waterstof kan simpelweg niet werken zonder duurzame energie als ondersteuning. Het elektrolyseproces heeft ongeveer vier keer meer stroom nodig in vergelijking met conventionele methoden, dus het rechtstreeks koppelen van deze systemen aan zonnepanelen of windmolenparken maakt een groot verschil wanneer het gaat om duurzame opschaling van de productie. Laten we cijfers noemen: de productie van één kilogram groen waterstof kost ongeveer vijftig kilowattuur schone elektriciteit. Dat klinkt misschien veel, maar er wordt echt vooruitgang geboekt, omdat de prijzen van zonnepanelen de afgelopen tien jaar sterk zijn gedaald, met bijna negentig procent sinds 2010 alleen al. Als we kijken naar toekomstige mogelijkheden, denken experts dat groen waterstof uiteindelijk tussen de vijftien en twintig procent van de huidige wereldwijde fossiele brandstoffen kan vervangen tegen het midden van de eeuw.

Productie van Groen Waterstof: Elektrolyse, Technologieën en Wereldwijde Capaciteit

Productieproces van Groen Waterstof via Elektrolyse

Groene waterstof wordt geproduceerd via een proces dat elektrolyse heet, waarbij watermoleculen (H2O) worden opgesplitst in waterstof- en zuurstofgassen door middel van elektriciteit. De efficiëntie varieert behoorlijk, van ongeveer 70% tot wel 90%, afhankelijk van het type elektrolysesysteem dat wordt gebruikt. Om dit proces goed te laten verlopen, is schoon water en een constante stroomvoorziening nodig. De meeste huidige installaties produceren ongeveer één kilogram waterstof per vijftig kilowattuur verbruikte elektriciteit. Dat is niet slecht, gezien de hoeveelheid energie die nodig is voor andere industriële processen.

Soorten elektrolyzers: PEM, alkalisch en vast oxide

Alkalische elektrolyseurs domineren bestaande projecten vanwege lagere kosten, terwijl PEM-systemen aan populariteit winnen in toepassingen met variabele hernieuwbare energiebronnen.

Integratie met zonne- en windenergie voor duurzame productie

Integratie van hernieuwbare energie biedt oplossing voor de grootste kostenpost van groene waterstof: energietoevoer. Zonne- en windenergie verlagen de productiekosten nu naar $3-4/kg (ramingen voor 2024), gedaald van $6/kg in 2018. Installaties in gebieden met hoge zoninstraling en veel wind profiteren van hybride Systemen , waarbij zonnepanelen worden gecombineerd met windturbines om 24/7-bedrijf te garanderen.

Huidige wereldwijde productiecapaciteit en toonaangevende landen

De wereldwijde productie van groene waterstof is in 2024 gestegen tot meer dan 1,2 miljoen ton een stijging van 50% sinds 2022. Meer dan 80% van deze capaciteit komt uit flagshipsprojecten in het Midden-Oosten, Australië en Noord-Europa, ondersteund door 500 miljard dollar aan wereldwijde investeringen.

Uitdagingen bij het opschalen van groene waterstofproductie

Het opschalen kent belemmeringen zoals 9 liter gezuiverd water per kilogram waterstof , wat geavanceerde ontziltingsinfrastructuur vereist. Leveringsketenknelpunten voor zeldzame materialen zoals iridium (gebruikt in PEM-elektrolyseersystemen) en beperkte waterstofpijpleidingen vertragen de adoptie verder. Ondanks deze belemmeringen geven de kostenprojecties voor 2030 van $1,50/kg aan dat de haalbaarheid snel toeneemt voor industriële toepassingen.

Milieu- en economische voordelen van groene waterstof

Nul uitstoot van koolstofdioxide tijdens productie en gebruik

De productie van groene waterstof stoot nul koolstofdioxide wanneer gebruik wordt gemaakt van elektrolyse met hernieuwbare energie, in tegenstelling tot grijze waterstof die is afgeleid uit methaanreformering. Deze schone energiedrager behoudt zijn koolstofneutrale status door toepassing in brandstofcellen of industriële processen, waardoor emissies worden geëlimineerd in elk levenscyclusstadium.

Vermindering van luchtverontreiniging en uitstoot van broeikasgassen

Het vervangen van fossiele brandstoffen door groene waterstof in transport en productie vermindert stikstofoxiden (NOx) met tot wel 45% en zwaveloxiden (SOx) met 92%, wat de luchtkwaliteit in stedelijke gebieden aanzienlijk verbetert.

Levenscyclusanalyse: milieueffect van groene waterstof

Een vergelijkend onderzoek uit 2023 concludeerde dat de levenscyclusemissies van groene waterstof 96% lager dan op aardgas gebaseerde systemen bij gebruik van offshore windenergie. Het waterverbruik blijft 30% onder kolen-naar-waterstof-methoden.

Werkgelegenheid in de duurzame-energie- en waterstofsectoren

De groene waterstofwaardeketen zal naar verwachting 2,3 miljoen banen wereldwijd creëren tegen 2035 , met name in de productie van elektrolyseurs en zon-wind hybride parken. Landen als Duitsland en Australië melden al een jaarlijkse groei van de beroepsbevolking in waterstof functies van 12-15%.

Investeringsontwikkelingen en dalende kostencurves

De kosten van elektrolyseurs zijn sinds 2015 met 60% gedaald, waarbij de productie van groene waterstof naar verwachting $1,50/kg zal bereiken tegen 2030 — een 75% reductie van de prijzen in 2022. Wereldwijde investeringen gingen in 2023 de $320 miljard gepasseerd, gedreven door publiek-private samenwerkingen binnen 48 nationale waterstofstrategieën.

Energieonafhankelijkheid en geopolitieke voordelen

Het overstappen op lokaal geproduceerd groen waterstof kan de kosten voor energie-import in EU-landen met 110 miljard dollar per jaar verlagen, terwijl het ook de verstoringen in de leveringsketen als gevolg van de volatiliteit van de fossiele brandstoffenmarkt beperkt.

Industriële Toepassingen en Technologische Vooruitgang

Mogelijk maken van decarbonisatie in lastig te reduceren industrieën zoals staal en ammoniak

De transitie naar groen waterstof veroorzaakt opschudding in sectoren die al lange tijd afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen. Neem bijvoorbeeld de staalproductie, die volgens het IRENA-rapport uit 2023 goed is voor ongeveer 7% van alle wereldwijde CO2-uitstoot. Wanneer bedrijven de traditionele kolenmethoden vervangen door waterstofgebaseerde directe reductietechnieken, slagen ze erin de uitstoot met ongeveer 95% te verminderen per ton geproduceerd staal. En het gaat niet alleen om staal. Ammoniakproducenten die overstappen van aardgas op groen waterstof, reduceren hun uitstoot met ongeveer 1,8 ton CO2 per ton geproduceerde ammoniak. Deze cijfers zijn niet alleen indrukwekkend op papier, maar vertegenwoordigen concrete veranderingen die nu werkelijkheid worden in fabrieken en installaties over de hele wereld.

Groen waterstof in zwaar transport en scheepvaart

Waterstofbrandstofcellen overwinnen de beperkingen van batterijen voor langeafstandsvrachtwagens en cargoschepen, met een actieradius van 600-800 km per tankbeurt. Maritieme proeven tonen aan dat met waterstof aangedreven vaartuigen de stikstofoxide-emissies met 35% verminderen ten opzichte van conventionele scheepsdiesel.

Gebruik in elektriciteitsopwekking en residentiële verwarming

Leveranciers mengen tot 20% waterstof met aardgas in bestaande leidingen, waarbij Europese proefprojecten 12% lagere CO2-uitstoot aantonen in warmte-krachtkoppelingsystemen. Het Japanse ENE-FARM-project heeft sinds 2020 460.000 waterstofbrandstofcellen voor huishoudelijk gebruik geïmplementeerd.

Innovatie op het gebied van opslag, transport en brandstofceltechnologieën

Recente ontwikkelingen zijn:

• Cryogene vloeibare waterstoftanks met een opslagefficiëntie van 97%
• Vloeibare organische waterstofdragers voor veilig maritiem transport
• Vaste oxide brandstofcellen met een elektrische efficiëntie van 65% (DOE 2023)

Toepassingen voor netbalancering en energieopslag

Duitse windmolenparken gebruiken nu 140 MW-elektrolyseurs om overtollige energie tijdens piekproductie om te zetten in waterstof, waardoor het net wordt gestabiliseerd en er 2.800 ton/jaar waterstof wordt geproduceerd voor industrieel gebruik.

Wereldwijde adoptie en toekomstperspectief voor groene waterstof

Opkomende markten en proefprojecten wereldwijd

Groene waterstofmarkten over de hele wereld groeien op dit moment met een verbazingwekkend tempo, met testprojecten die in meer dan 35 verschillende landen verschijnen. Neem bijvoorbeeld Saoedi-Arabië. Hun NEOM-project wil ongeveer 650 ton schone waterstof per dag maken in 2026. In Australië heeft de Aziatische Hub voor Hernieuwbare Energie nog grotere ambities. Landen die economisch niet zo ontwikkeld zijn, komen ook in het spel. Plaatsen als Chili en Namibië hebben veel zonne- en windenergie die onbenut blijft, dus positioneren ze zich als potentiële exporteurs. Alleen het Chileense bedrijf HIF Global is van plan om rond 2040 veertien gigawatt aan elektrolyseurs te bouwen. De meeste voorspellingen suggereren dat we tegen 2030 bijna vijftig miljoen ton groene waterstofproductie per jaar zouden kunnen bereiken, wat ongeveer vijf keer zoveel zou zijn als in 2023.

Beleidssteun en Internationale Samenwerkingen Versnellen de Adoptie

Overheden wereldwijd zetten zich steeds krachtiger in om hun waterstofstrategieën van de grond te tillen. De Europese Unie heeft een ambitieuze doelstelling vastgesteld in haar Waterstofstrategie, namelijk om tegen 2030 minstens tien miljoen ton groene waterstof binnen haar grenzen te produceren. Dit doel wordt ondersteund door vrij royale stimuleringsmaatregelen, zoals de belastingverlaging van 3 dollar per kilogram uit het Amerikaanse Inflation Reduction Act. Intussen kiest Japan aan de andere kant van de Stille Oceaan een geheel andere aanpak. De Japanse Basisstrategie voor Waterstof richt zich op het invoeren van leveringen uit landen als Australië en Brunei, in plaats van het bouwen van enorme productiefaciliteiten binnen het eigen land. Internationale samenwerking komt ook steeds meer op gang, met initiatieven zoals het G7-waterstofactiepact dat nauw samenwerkt met organisaties als de Africa Green Hydrogen Alliance. Deze samenwerkingsverbanden hebben tot doel infrastructuur op te bouwen die nationale grenzen overstijgt, waardoor uiteindelijk de productiekosten dalen en eind dit decennium prijzen onder de 1,50 dollar per kilogram mogelijk worden dankzij schaalvoordelen.

Het overbruggen van infrastructuurgaten en industriële uitdagingen

Het Internationale Agentschap voor Hernieuwbare Energie (IRENA) heeft het over een behoorlijk groot probleem. Volgens hen zal er rond 2030 ongeveer 1,5 biljoen dollar ontbreken aan infrastructuur die nodig is voor productiefaciliteiten, pijpleidingen en tankstations. Elektrolyzers zijn nog steeds te duur voor de meeste bedrijven, maar de situatie verbetert. De prijzen zijn sinds 2018 aanzienlijk gedaald, met ongeveer een derde, waardoor ze nu op ongeveer 800 dollar per kW uitkomen voor alkaline systemen. Grote spelers in de sector werken aan opslagproblemen met behulp van vrij geavanceerde technologieën zoals kryo-gekoelde vloeibare waterstof en transport via ammoniak. Het is ook belangrijk dat iedereen dezelfde normen volgt. De EU heeft een systeem voor Garanties van Oorsprong dat breder moet worden aangenomen als we echt vooruitgang willen boeken richting de netto-nuldoelen voor 2050 die werden vastgesteld tijdens COP28 vorig jaar. En laten we niet vergeten de havens uit te breiden, zodat deze groene brandstoffen efficiënt over grenzen heen kunnen worden vervoerd.

Veelgestelde vragen

Wat is Groene Waterstof?

Groen waterstof wordt geproduceerd met behulp van hernieuwbare energiebronnen, zoals wind- of zonne-energie, via het proces van elektrolyse, waarbij water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof zonder koolstofdioxide uit te stoten.

Hoe verschilt groen waterstof van andere soorten waterstof?

Groen waterstof verschilt van grijs en blauw waterstof doordat het geen directe koolstofemissies produceert. Grijs waterstof wordt geproduceerd uit aardgas en stoot CO2 uit, terwijl blauw waterstof gebruikmaakt van koolstofafvang en -opslag (CCS) om deze emissies te beperken.

Welke rol spelen hernieuwbare energiebronnen bij de productie van groen waterstof?

Hernieuwbare energie is essentieel voor de productie van groen waterstof, omdat het de benodigde elektriciteit levert voor elektrolyse zonder broeikasgassen te produceren.

Wat zijn de belangrijkste uitdagingen bij het opschalen van de productie van groen waterstof?

Enkele belangrijke uitdagingen zijn de hoge energiebehoeften voor productie, de noodzaak van grootschalige infrastructuur voor hernieuwbare energie en leveringsketenproblemen voor zeldzame materialen die worden gebruikt in elektrolyzers.

Zijn er economische voordelen verbonden aan het gebruik van groen waterstof?

Ja, groen waterstof kan banen creëren in de hernieuwbare-energie- en waterstofsectoren, luchtvervuiling verminderen, uitstoot van broeikasgassen verlagen en energieonafhankelijkheid bieden door minder afhankelijk te zijn van aardolie-import.