Waterstof is in principe in de gehele gebouwde omgeving toepasbaar voor ruimteverwarming en het maken van warm tapwater. Koken op waterstof kan maar er zijn op dit moment geen commerciële kooktoestellen beschikbaar. Daarnaast is er nu al een goed alternatief voor koken op aardgas beschikbaar: koken op inductie. Deze factsheet gaat vooral in op de optie om aardgas volledig te vervangen door waterstof. Er zijn ook andere mogelijkheden (zie verderop).
De ontwikkelingen staan nog in de ‘kinderschoenen’ en er is nog maar weinig CO2-arme waterstof beschikbaar. Daarom voorzien veel partijen nog geen (grote) rol voor waterstof bij buurten die vóór 2030 van het aardgas af gaan. Het zal tot die tijd vooral gaan om pilots om ervaring op te doen.
Naast technische haalbaarheid en beschikbaarheid van duurzaam geproduceerde waterstof is betaalbaarheid een belangrijk aandachtspunt. Het ligt voor de hand dat waterstof in eerste instantie vooral toegepast wordt waar andere alternatieven ingewikkeld en kostbaar zijn. Dat kan in andere sectoren zijn, zoals de industrie of mobiliteit. Of in oude binnensteden met moeilijk te isoleren gebouwen, waar de ondergrond geen ruimte biedt voor een warmtenet. Of waterstof een kosteneffectieve oplossing wordt voor een groter deel van de gebouwde omgeving, zal komend decennium duidelijker worden.
Waterstof door de huidige gasinfra?
Waterstof kan in principe door het bestaande gastransportnet en distributienet vervoerd worden, zij het met enkele beperkte aanpassingen. Binnen gebouwen zal het leidingnetwerk gecontroleerd moeten worden en zo nodig aangepast. Dit kan ook gelden voor de bestaande gasmeters.
Waterstof en veiligheid
Net als bij aardgas zijn er risico’s verbonden aan de toepassing van waterstof in de gebouwde omgeving. Waterstof is in principe niet gevaarlijker of minder gevaarlijk dan andere brandbare gassen, maar het heeft duidelijk andere eigenschappen dan aardgas. Een overzicht van deze eigenschappen en hoe ze inwerken op de veiligheid kun je vinden in een TNO rapport van maart 2020. Voor veilig gebruik van waterstof in gebouwen zijn daarom nieuwe protocollen en normen nodig en moet er een geur aan worden toegevoegd, net zoals bij aardgas wordt gedaan. Hieraan wordt wereldwijd, en nationaal in de Innovatieregeling Waterstof, gewerkt.
Eén voordeel heeft waterstof wel boven aardgas. Er komt geen koolmonoxide vrij bij verbranding van waterstof. Koolmonoxidevergiftiging zorgt jaarlijks voor 5 - 10 dodelijke ongevallen en honderden gewonden in Nederland.
Verschillende manieren van inzet van waterstof in de gebouwde omgeving
Naast ‘puur’ gebruik kan waterstof ook worden bijgemengd bij aardgas of groengas. Moderne cv-ketels en gasfornuizen kunnen naar schatting zonder problemen tot 20% bijmenging van waterstof aan. Bij oude apparaten kan dit niet zomaar en de grenswaarde dient nader onderzocht te worden. Wettelijk mag er nu maar 0,5% worden bijgemengd.
Waterstof is ook inzetbaar in combinatie met een elektrische warmtepomp. De warmtepomp voorziet dan in de basisvraag en een hulpketel op waterstof dekt de piekvraag (de hybride warmtepomp). In sommige landen wordt ingezet op brandstofcellen. Deze produceren elektriciteit en warmte, maar zijn vooralsnog wel duur. Waterstof kan ook een rol krijgen als brandstof in de piekvoorziening voor warmtenetten.
Groene, blauwe en grijze waterstof
Waterstof kan op verschillende manieren geproduceerd worden:
- Grijze waterstof wordt geproduceerd uit aardgas of andere fossiele brandstoffen. Daarbij komt CO2 vrij en vrij en dat leidt tot een toename van de CO2-uitstoot ten opzichte van rechtstreeks aardgas verstoken. Het energetisch rendement bedraagt circa 80% bij deze productiewijze. Dit is momenteel verreweg de meest toegepaste manier om waterstof te maken.
- Als bij het productieproces van waterstof uit fossiele brandstoffen de vrijkomende CO2 wordt afgevangen, en deze wordt hergebruikt of wordt opgeslagen in bijvoorbeeld lege gasvelden, dan spreken we van blauwe waterstof. Dit leidt wel tot minder CO2-uitstoot. Niet alle CO2 wordt afgevangen, dat varieert van 55 – 90%. Het spreekt voor zich dat een hoger afvangpercentage de voorkeur verdient.
- Waterstof kan ook worden gemaakt van water met behulp van elektriciteit (elektrolyse). Als hierbij hernieuwbare elektriciteit wordt gebruikt, spreken we van groene waterstof. Op deze manier kan met waterstof grootschalig hernieuwbare energie worden opgeslagen en vervoerd. Bij dit proces treedt ongeveer 30% energieverlies op.
Groene waterstof kan ook worden gemaakt van (duurzame) biomassa. Gezien de waarschijnlijk hoge vraag naar duurzame biomassa als grondstof of als rechtstreekse energiedrager, is deze route mogelijk minder waarschijnlijk.
CO2-besparing
Gebruik van waterstof als brandstof leidt niet automatisch tot CO2-besparing.
Er is pas vermindering van CO2-uitstoot als de productie van waterstof CO2-neutraal of CO2-arm plaatsvindt. Bijvoorbeeld door elektrolyse met behulp van groene stroom of met stroom die is opgewekt met kernenergie. Als waterstof wordt geproduceerd op basis van aardgas, leidt waterstof alleen tot CO2-reductie (ten opzichte van de directe inzet van aardgas als brandstof) als de gevormde CO2 wordt opgevangen en opgeslagen.
Andere emissies
Bij het verbranden van waterstof met lucht wordt - net als bij aardgas – NOx gevormd. De hoeveelheid NOx die vrij komt bij verbranden van waterstof is gelijk of iets groter dan bij aardgas, maar vergeleken bij anderen bronnen als landbouw of verkeer nog steeds gering.
Ruimtegebruik
Omdat voor het maken van groene waterstof door elektrolyse veel hernieuwbare elektriciteit nodig is, is het (indirecte) ruimtebeslag door windmolens of zonneparken groot. TNO heeft in het rapport Waterstof als optie voor een klimaatneutrale warmtevoorziening in de bestaande bouw uitgerekend dat voor het verwarmen op waterstof van een woonwijk met 590 gemiddelde woningen (niet geïsoleerd, HR ketel) circa 1 windmolen of circa 16 hectare zonnepalen nodig zijn.
Netbeheerder
De netbeheerders zullen het netwerk moeten aanpassen om het geschikt te maken voor waterstof. Ook moeten installaties binnenshuis gecontroleerd en eventueel aangepast worden, zoals de gasmeters. Zo'n omschakeling is een grote operatie.
Gemeente
De gemeente heeft, samen met het netwerkbedrijf, een bepalende rol. De gemeente zal immers op basis het afwegen van alle belangen bepalen - volgens nieuwe wetgevende kaders - of en wanneer in welke buurt naar waterstof wordt omgeschakeld. Dit zal per ruimtelijke eenheid in zeer kort tijdsbestek moeten gebeuren als het distributienetwerk niet dubbel wordt uitgevoerd.
Eindgebruikers
In principe hoeft de bewoner, naast warmtevraagbeperkende maatregelen, zijn of haar huis ‘slechts’ waterstof-ready te maken. Het leidingwerk en de hybride warmtepomp of de ketel en eventuele andere huishoudelijke apparaten moeten dus ‘waterstofproof’ zijn. Dit betekent in ieder geval een aangepaste brander in de ketel. Koken gaat waarschijnlijk op inductie. Daarnaast zijn voor afgesloten ruimtes voorzorgsmaatregelen nodig, zoals waterstofmelders. Een voordeel van omschakeling op waterstof (of groengas) is dat de eindgebruiker in een eigen tempo de warmtevraag kan beperken.
Rijksoverheid
De Rijksoverheid zal duidelijke kaders moeten scheppen. Ook zal zij bevoegdheden en verplichtingen van gemeenten en netbeheerders duidelijk moeten inkaderen en mogelijk maken. Verder zal de overheid moeten aangeven hoe bijvoorbeeld internationaal opgewekte duurzame waterstof meetelt bij de verduurzaming van de Nederlandse gebouwde omgeving.
Op diverse plaatsen in de industrie en in raffinaderijen wordt waterstof al vele jaren op grote schaal gebruikt. Hier is dus al veel ervaring mee, ook op het gebied van veiligheid. Het toepassen van waterstof voor het verwarmen van gebouwen is nieuw. Er is daarom nog veel onduidelijk rondom de toepassing van waterstof in de gebouwde omgeving.
Wanneer is waterstof technisch inpasbaar in Nederlandse gebouwen?
Technisch lijkt waterstof op korte termijn inpasbaar in Nederlandse gebouwen, maar innovatie rondom cv-ketels en eventuele andere huishoudelijke apparatuur blijft hierbij cruciaal. Regelgeving, normeringen, belastingwetgeving en voldoende aanbod van producten zijn de komende jaren punten waaraan gewerkt moet worden.
Een omschakeling van aardgas naar (pure) waterstof in de gebouwde omgeving is net als bij andere alternatieven niet eenvoudig qua proces. De omschakeling kan naar de huidige inzichten niet geleidelijk gaan. Er gaat of aardgas óf waterstofgas (al dan niet bijgemengd) door het gasnetwerk, vanwege de veiligheid. Dat betekent dat voor een ruimtelijke eenheid (buurt, straat) de omschakeling op één moment zal moeten plaatsvinden. Er zal nog ervaring moeten worden opgedaan met het zo efficiënt en veilig mogelijk vormgeven van deze overgang.
Kan waterstof al concurreren met andere alternatieven voor aardgas?
De belangrijkste ontwikkelingen voor de toekomst van waterstof zullen vooral verband houden met de productie van waterstof en de prijsontwikkeling. Is waterstof op termijn voor concurrerende prijzen te produceren? Ontstaat er een open internationale markt waar waterstof geproduceerd en verhandeld gaat worden – bijvoorbeeld met zonne-energie opgewekte waterstof in woestijngebieden, of waterstof die wordt geproduceerd met zo goedkoop mogelijke duurzame elektriciteit dichter bij huis? Het is nog niet duidelijk of waterstof op de middellange termijn (rond 2030) concurrerend zal worden, of dat dit pas op de lange termijn (richting 2050) zal gebeuren of dat het niet of nauwelijks voor een redelijke prijs beschikbaar zal komen voor de gebouwde omgeving. Dat hangt ook af van het eventuele alternatief en de lokale omstandigheden. Mogelijk worden op termijn brandstofcellen op waterstof interessant eventueel in combinatie met een warmtepomp. Die maken elektriciteit en warmte, maar ze zijn nu nog erg duur.
Hoeveel is de eindgebruiker kwijt aan verwarming door waterstof?
Dit is sterk afhankelijk van de internationale ontwikkelingen, kostprijsverlagingen, belastingregimes en eventuele subsidies. Het zou kunnen dat waterstof op termijn een goed en betaalbaar alternatief is, voor segmenten waarbij alternatieven praktisch niet realiseerbaar zijn of duur gaan uitpakken.