16 minute read
HYDROGEN TRAIL EUROPE De kip-of-het-ei van waterstof
De kip-of-het-ei van
waterstof
Begin deze zomer maakten vier young professionals samen met de hoofdredacteur van Industrielinqs een tour langs verschillende industriële locaties in Europa: de Hydrogen Trail Europe. Er zijn veel lessen te leren van de ontwikkelingen elders. Bijvoorbeeld: Werk aan versnellende wetgeving. Maak plannen, maar verzand niet in perfectionisme en ga gewoon aan de slag. En kijk vooral naar de mogelijkheden die de situatie biedt.
Wim Raaijen Drie jaar geleden wonnen Carina Nieuwenweg, Tes Apeldoorn en Leon Rosseau tijdens het congres Eemsdeltavisie een scenariowedstrijd. De prijs was een studiereis naar Japan. Corona gooide echter roet in het eten. En ondertussen leek Europa de leiding op het gebied van waterstof over te nemen. Zeker als het om alle plannen gaat. Tijd voor een reality-check. Japan werd een road trip door Europa. Om al bloggend en vloggend de status van waterstof te onderzoeken en antwoorden op een paar vragen te vinden. Wat zijn de stappen die nu in de Europese industrie worden gezet op het gebied van emissievrije waterstof? En hoe passen deze stappen in de brede transformatie van de industrie?
Opdracht
Begin van de zomer ging het drietal met de hoofdredacteur van Industrielinqs op pad. En ze kregen gezelschap van young professional Lucy Schwarz van partner Uniper. De route ging van Roterdam (Uniper en Gasunie) via de Eemsdelta (Gasunie en HyCC) naar Wilhelmshaven (Uniper) in Noord-Duitsland. Vervolgens zakte het reisgezelschap af via Shell Rheinland en BASF Ludwigshafen naar Alpiq en Hydrospider Niedergösgen in Zwitserland. Het weekend was nodig om in Barcelona te komen en vandaar ging de route verder naar Fertiberia en Iberdrola in Puertollano, Zuid-Spanje. De route terug naar Nederland ging via Lhyfe in Nantes en Air Liquide in Antwerpen. Partner TKI Energie gaf de reizigers een duidelijke opdracht mee: onderzoek wat Nederland kan leren van wat je onderweg tegenkomt. Het werd een interessante route. Nog steeds zijn de reizigers bezig om de enorme hoeveelheid informatie en indrukken te verwerken en om te zetten in lessen die ze eruit kunnen leren. Lucy Schwarz: ‘De HyTE-ervaring is waarschijnlijk de steilste leercurve die ik ooit heb gehad en ooit zal hebben.’ Interessant was ook het pluriforme reisgezelschap. ‘De verschillende perspectieven die we meebrachten, stimuleerden interessante gesprekken en discussies.’
Acceleration Law
Misschien wel de belangrijkste les was dat de situatie overal anders is en dat de verschillen ook heel bepalend zijn voor de keuzes die worden gemaakt. Carina Nieuwenweg: ‘De situatie is heel belangrijk. Bijvoorbeeld op het gebied van recources. Is er veel zon of veel wind om betaalbaar en voldoende duurzame energie op te wekken?’ Een mooi voorbeeld is de duurzame keten voor de kunstmest die Fertiberia momenteel opbouwt in Puertollano. Partner Iberdrola kan relatief goedkoop duurzame stroom produceren omdat de zon in de binnenlanden van
Leon Rosseau, Carina Nieuwenweg, Lucy Schwarz en Tes Apeldoorn bij Shell Rheinland.
Spanje overvloedig schijnt. De kilowattuurprijs duikt daar al onder de twee eurocent. Maar de situatie wordt door meer zaken bepaald. Nieuwenweg: ‘Denk ook aan infrastructuur die er al ligt. En vergeet bijvoorbeeld niet het overheidsbeleid.’ Op dat vlak zijn er interessante ontwikkelingen in Duitsland. Dat kwam meteen al ter sprake bij een bezoek aan de kolencentrale van Uniper in het Noord-Duitse Wilhelmshaven, die inmiddels is stilgelegd en mogelijk wordt gesloopt. Tes Apeldoorn: ‘Dankzij de LNG Acceleration Law, die de Duitse overheid snel na het uitbreken van de Oekraïne-crisis aannam, kon Uniper versneld vergunningen aanvragen voor de bouw van een terminal voor vloeibaar aardgas. Deze terminal wordt nog voor de winter in gebruik genomen.’ De Duitse versnellingswet is ook toepasbaar op andere transitiepaden. Zo wil Uniper in Wilhelmshaven een importterminal bouwen voor de import van ammoniak, dat als veelbelovende drager wordt gezien voor het overzeese transport van waterstof. Ook heeft het energiebedrijf grote plannen voor de productie van groene waterstof. Er wordt zelfs gedacht aan een totale capaciteit van 1 gigawatt. De nieuwe wet kan de transitie van de kolencentrale naar een geïntegreerd energie- en chemiepark in Wilhelmshaven enorm versnellen.
Opschaling
Ook Leon Rosseau zag de verschillen in situatie. Hij was echter vooral onder de indruk van de daadkracht bij veel partijen in het buitenland. ‘Ik heb soms het idee dat in Nederland alles
heel perfect moet. En groot. We moeten de energietransitie in een keer volmaken. Denk bijvoorbeeld aan de aankondiging van Shell. Het concern is begonnen met de bouw van een 200 megawatt elektrolyzer op de Maasvlakte.’ Dat terwijl er in Nederland nog nauwelijks productiecapaciteit staat op het gebied van groene waterstof. De grootste installatie in Nederland heeft een capaciteit van 1 megawatt en staat in Zuidwending, waar Gasunie grote plannen heeft voor de opslag van waterstof in zoutcavernes. Rosseau pleit voor iets minder perfectie en iets meer trail and error. ‘Veel partijen die we onderweg tegenkwamen, bouwen nu al kleinere units, leren daarvan en gaan daarna zo snel mogelijk opschalen, waarbij ze de eerder opgedane ervaring meenemen.’ Een mooi voorbeeld daarvan is starter Lhyfe. Vorig jaar nam het bedrijf aan de Franse westkust al een elektrolyzer van twee megawatt in gebruik dat zout zeewater – na purificatie – gebruikt om waterstof te produceren. De volgende stap is een drijvende pilotinstallatie voor waterstofproductie op zee, uiteraard met het alomtegenwoordige zoute water. De tewaterlating is eind september dit jaar. Daarmee is het bedrijf de eerste op dit gebied. Nog wel kleinschalig, maar plannen voor opschaling liggen al klaar. ‘Voor mij horen de proefopstellingen we zagen tijdens deze trail echt tot de hoogtepunten. Zeker als ze klaar zijn om te worden opgeschaald,’ stelt Rosseau, die zelf als PhD onderzoek doet naar nieuwe chemische processen.
Eén partij
Onderweg belandden de HyTE-reizigers ook vaak in kip-ofei-discussies. Of hoe creëer je een markt voor waterstof? Tes Apeldoorn: ‘Het mooiste is natuurlijk als productie en vraag in balans zijn. Shell in Duitsland is daarmee aan de slag gegaan, doordat transporteurs waterstofvrachtauto’s bij het bedrijf kunnen huren.’ Trucks op waterstof zijn nog heel duur, waardoor er een te grote drempel is om ze aan te schaffen. ‘Shell creëert daardoor haar eigen afname. Hydrospider in Zwitserland werkt daarvoor nauw samen met autofabrikant Hyundai en ook met de vereniging van tankstations voor de levering van waterstof.’ In Zwitserland kunnen transporteurs waterstoftrucks zelfs per kilometer huren. Volgens Apeldoorn is samenwerking heel belangrijk: ‘Het is echt belangrijk dat verschillende partners in de keten samenwerken, transparant zijn en ook dat ze in hetzelfde tempo met elkaar optrekken.’ Terugkijkend op de trail ziet Carina Nieuwenweg zeker interessante kansen voor Nederland. Zo ziet ze aan de lange winderige kust veel mogelijkheden voor offshore wind als bron voor elektrolyzers. ‘Daarnaast hebben we ook veel gasinfrastructuur dat deels kan worden omgebouwd voor transport van waterstof. En Nederland kan sneller stappen maken dan veel andere landen omdat het grootste deel van de gasinfrastructuur in handen van één partij is.’
LUCY SCHWARZ PROJECT MANAGER HYDROGEN UNIPER
Het zonovergoten centrale deel van Spanje lijkt
ideaal voor de productie van betaalbare waterstof. Zo produceert Iberdrola in Puertollano met een 20 megawatt elektrolyzer waterstof met zonne-energie van parken in de directe omgeving. Dankzij de enorme hoeveelheid zon is de opgewekte stroom goedkoop, waardoor de productie van waterstof relatief goedkoop is. Door de geproduceerde waterstof aan stikstof uit de lucht te binden, produceert Fertiberia de belangrijke bouwsteen ammoniak voor haar kunstmestproductie. Het is de bedoeling dat Fertiberia op den duur op al haar locaties kunstmest via deze route gaat produceren. Wel moet er dan op sommige locaties een puzzel worden opgelost. Voor de productie van kunstmest is namelijk CO2 nodig als hulpstof.
“Keep Industry flowing” tijdens het onderhoud van verouderende fabrieken
Dennis van Wesemael over hoe productie continuïteit in het gedrang komt bij het uitvallen van waterbehandelingsinstallaties
Door heel Europa in zware industrieën zoals energie, chemicaliën, petrochemie en raffinage, worden operators geconfronteerd met een toenemende uitdaging van hun verouderende assets. De degradatie van installaties en apparatuur als gevolg van leeftijdsgerelateerde mechanismen zoals bijvoorbeeld corrosie en erosie zijn een belangrijk probleem voor de industrie. Naast veiligheidsproblemen kunnen verouderende fabrieken ook de continuïteit van de productie beïnvloeden.
Dit is te zien aan permanente waterbehandelingsinstallaties op het terrein. Water is van levensbelang in veel zware industriële processen. Verouderde fabrieken zijn niet altijd meer betrouwbaar of efficiënt en vaak is noodonderhoud nodig om onderbreking van de productie te voorkomen, wat kan leiden tot kostbare uitvaltijd van productieprocessen.
Noodvoorziening met tijdelijke waterbehandeling is goed ingeburgerd en Mobile Water Services is uitstekend uitgerust om aan deze behoefte te voldoen. Steeds meer operators erkennen dit maar zoeken echter de behoefte aan een meer “permanente tijdelijke” oplossing. Mobiele Water Services kan ook een periode overbruggen voor operators met een problematische installatie totdat deze kan worden vervangen of gerepareerd, of zelfs een periode overbruggen als er fluctuaties zijn in de aanvoer of kwaliteit van het voedingswater.
Door heel Europa wordt al samengewerkt met diverse leveraciers van tijdelijke waterbehandeling- zoals Mobile Water Services- om een flexibele langetermijnoplossing te bieden om het betrouwbaarheids probleem rond de verouderende permanente installatie aan te pakken en zelfs de potentiële levenscyclus ervan te verlengen. Preventief onderhoud en renovatie van een permanente waterzuiveringsinstallatie moet vaker worden uitgevoerd zonder het productieschema te onderbreken en steeds vaker buiten een geplande stilstand. Een tijdelijk waterbehandelingssysteem kan worden ingezet om ofwel de volledige vervanging ofwel een deel van de verschillende processen te voorzien tijdens deze tussentijdse behoefte. Typische toepassingen zijn onder meer harsvervanging, onderhoud van drukvaten, upgrades van besturingen, reiniging of vervanging van membranen met omgekeerde osmose, onderhoud aan doseerapparatuur voor chemicaliën en werkzaamheden aan afvalverwerkingsinstallaties. budgetten hebben het allemaal moeilijker gemaakt om een sterk pleidooi voor kapitaalinvesteringen te houden. De gevolgen hiervan waren een terughoudendheid om te investeren in projecten waarvan de levensduur en het investeringsrendement onzeker zijn. In het kader hiervan is een van de aantrekkingskrachten van mobiele waterdiensten hun flexibiliteit, aangezien de huur kan worden gedekt door het operationele budget, waardoor de noodzaak om kapitaal aan te trekken wegvalt. Leveranciers van mobiele waterdiensten – zoals Mobile Water Services – zijn vaak bereid om meerjarige contracten af te sluiten, die de financiële planning helpen verbeteren dankzij voorspelbare, regelmatige betalingen.
CAPEX-overwegingen
Exploitanten van fabrieken staan voor een aantal actuele uitdagingen. Milieudoelstellingen, veranderingen in de productie vraag en krappe Neem voor meer informatie contact op met het team van Mobile Water Services: mobilewaterservices@veolia.com https://www.mobilewaterservices.com/
Plasma kan hele keten Chemelot vergroenen
Waterstof speelt een belangrijke rol bij de verduurzaming van Chemelot. Het chemiecluster zet daarom in op verschillende routes om groene of blauwe waterstof te maken en in te kopen, waaronder de productie van waterstof met plasma.
Om de uitstoot van CO2 op Chemelot terug te dringen, is er een belangrijke rol voor waterstof als grondstof weggelegd. Het project FUREC – FUse REuse RECycle – van RWE speelt daar bijvoorbeeld op in. Dit bedrijf wil op Chemelot een fabriek realiseren die plaatselijk restafval omzet in waterstof. ‘Het gaat om twintig procent van de tweehonderd kiloton waterstof die de site nu jaarlijks gebruikt, voornamelijk voor de productie van ammoniak’, vertelt René Slaghek, projectmanager van het Chemelot Sustainability Team en technology manager van Brightsite, het kenniscentrum voor de verduurzaming van de Chemelot site. Om verder aan de totale waterstofbehoefte op Chemelot te kunnen voldoen, voorziet Slaghek het transport van
Ga je op Chemelot helemaal terug naar het begin van de keten, dan kom je bij twee belangrijke grondstoffen uit: nafta en aardgas. Aardgas is een grondstof voor waterstof, die op Chemelot vooral wordt gebruikt voor de productie van ammoniak. Bij het omzetten van aardgas in waterstof komt veel CO2 vrij. Waterstof speelt daarom een belangrijke rol bij de transitie naar een klimaatneutraal Chemelot in 2050. groene waterstof via buisleidingen. ‘Daarvoor is infrastructuur nodig die er nu nog niet is. Gasunie werkt aan de waterstof-backbone en een vergelijkbare optie is de Delta Corridor.’
Hogere opbrengst
Voor de wat langere termijn noemt Slaghek de productie van waterstof met behulp van plasma. ‘Dit is een techno-
logie die we nu aan het ontwikkelen zijn binnen Brightsite. Met plasma splits je methaan niet in waterstof en CO2, maar vormen zich nieuwe moleculen: acetyleen en waterstof. We willen dit proces doorgronden om uiteindelijk niet acetyleen en waterstof te maken, maar etheen en waterstof. Je hebt dan direct een grondstof voor de productie van polyetheen, zonder CO2 te produceren.’ Dit concept wordt nog mooier als je het combineert met de elektrificatie van naftakrakers, stelt Slaghek. ‘Bij het kraken van nafta om etheen en propeen te maken, ontstaat ook methaan. Dit wordt nu gebruikt om het kraakproces te stoken, maar daarbij komt CO2 vrij. We willen de krakers daarom elektrisch gaan verhitten. Als dat lukt, houd je een heleboel methaan over waarvoor je een andere bestemming moet bedenken. Het plasmaproces zou daar een heel mooie oplossing kunnen bieden, want je zet in dat geval methaan uit het kraakproces om in waterstof en etheen, zonder CO2-uitstoot. Je krijgt dan meteen een hogere opbrengst van je nafta, want alle koolstof wordt omgezet
in etheen en propeen, en je maakt ook nog waterstof. Daarmee verduurzaam je de hele keten.’
René Slaghek projectmanager Chemelot Sustainability Team Brightsite
Elektriciteit
Uit de eerste proeven in het plasmalab op Brightlands Chemelot Campus blijkt dat het daadwerkelijk mogelijk is methaan om te zetten in etheen en waterstof, weet Slaghek. ‘Maar er is nog veel werk te doen voordat deze route echt concreet wordt. Plasma kan misschien vanaf 2030 een rol gaan spelen. Bovendien is er voor het maken van plasma en het elektrificeren van krakers heel veel elektriciteit nodig. Daarom is voor Chemelot ook het verzwaren van het 380-kV-net heel belangrijk.’
Waterstof en met name groene waterstof krijgt een steeds prominentere rol: als opslagmedium, als energiedrager en als grondstof voor duurzame brand- en kunststoffen. De markt moet dan ook versneld kennis en ervaring opdoen om de productie, het transport en de opslag van waterstof veilig en efficiënt te laten verlopen. Procesbesturing en -beveiliging is daar een belangrijk onderdeel van.
Voordat Nederland massaal kan overstappen op waterstof, moet men eerst zeker weten dat het gas veilig en efficiënt kan worden geproduceerd, getransporteerd en omgezet in warmte of een andere energievorm. Om die reden begon het Groningse energiekennisinstituut EnTranCe, centre of Expertise Energy van Hanzehogeschool Groningen, het Waterstof Innovatie Netwerk Groningen (WING). In de energieproeftuin van EnTranCe kunnen netbeheerders en technologieleveranciers experimenteren met verschillende configuraties en ervaring opdoen met het beheer en onderhoud van waterstofinfrastructuur. Projectleider Ted Wildenberg van Entrance is zeer enthousiast over de nieuwe faciliteit. ‘Voordat overheid, burgers en bedrijfsleven een nieuw energiesysteem accepteren, willen ze zeker weten dat het veilig is. Natuurlijk hebben we jarenlang ervaring met transport en opslag van aardgas en ook waterstof is niet geheel nieuw. Maar bijvoorbeeld woningen verwarmen met waterstof is toch wel even anders dan waterstof in een industriële omgeving. Dus bouwden we in onze proeftuin een bovengrondse infrastructuur met bijbehorende randapparatuur, zodat we kunnen zien wat er met leidingen gebeurt en hoe afsluiters zich gedragen.’
Ingrijpen
Ook de procesbesturing vormt een deel van die infrastructuur. Projectpartner Emerson Automation Solutions formuleerde duidelijke duurzaamheidsdoelstellingen en daar past het emissieloze groene waterstof goed bij. ‘Met WING ontstond een mooie kans om te laten zien hoe procesautomatisering kan bijdragen aan veilig en duurzaam beheer en onderhoud van de netten’, zegt sustainability leader Jan Kik van Emerson Automation Solutions. ‘Als we niet kunnen aantonen dat waterstof veilig is, zal de burger de transitie naar het
Emerson blijft voortdurend innoveren om bedrijven te helpen bij het aangaan van grote uitdagingen. Met haar Automation Solutionsplatform kan het bedrijf binnen haar automatiseringsbedrijven samenwerken om meer complete oplossingen voor klanten te ontwikkelen. Doel is om wereldwijde aanwezigheid, domeinexpertise en industriële software te benutten om sectoren te helpen bij het behalen van operationele en duurzaamheidsdoelen. nieuwe gas nooit accepteren. We slaan waterstof op met een druk van tweehonderd bar, reduceren dat naar vijftig bar, om het uiteindelijk op acht bar te kunnen aanleveren aan distributiebedrijven die het gas weer doorleveren aan huishoudens. Met die drukken moet je wel goed weten wat je doet en kunnen ingrijpen als het mis dreigt te gaan.’ Emerson leverde daarom een emergency shutdown system dat ingrijpt wanneer bijvoorbeeld de druk te hoog oploopt. Kik: ‘Misschien wel net zo belangrijk is de inzet van sensoren en slimme procesapparatuur om het onderhoud te stroomlijnen. De regelkleppen, afsluiters en flowmeters zitten namelijk straks wel ondergronds of zijn moeilijk bereikbaar en degraderen hoe dan ook. Hoe beter we die degradatie kunnen meten en voorspellen, hoe eerder we preventief kunnen ingrijpen of wellicht zelfs slijtage kunnen voorkomen.’ Hoe ver de veiligheidssystemen gaan, bewijst de automatische aarddetectie. Wildenberg: ‘We krijgen het testgas aangeleverd in tankwagens. En net als bij aardgas wil je ook bij waterstofgas geen vonk krijgen. Om dit risico te vermijden gebruikt men een aardedraad die statische ontlading voorkomt. Maar hoe weet je zeker dat deze is aangesloten? Het systeem van Emerson detecteert niet alleen de koppeling, maar test ook of deze daadwerkelijk werkt. Dat is
belangrijk. Zeker bij EnTranCe, waar ook studenten rondlopen, moeten we zeer veilig werken.’
Offshore windstroom
Ook aan de productiekant werkt Emerson mee aan waterstofinnovaties. Zo onderzoekt de offshore olie- en gasindustrie of ze haar productieplatforms kan hergebruiken of simultaan kan inzetten voor de omzetting van offshore windstroom naar groene waterstof. Kik: ‘Neptune Energy voert samen met de consortiumpartners een onderzoek uit op haar Q13a-A platform dat voor de kust van Scheveningen ligt. Emerson is een van de partners van dit PosHYdon-project en levert zijn DeltaV distributed control systeem, beveiligingssysteem en live operator interface software voor de besturing van de ontziltingsinstallatie, elektrolyzers, gasmenging en afstemming van de processen.’ Normaal gesproken moet een gasproducent zijn platform afbreken zodra een veld is uitgeproduceerd. Kik: ‘In de tussentijd komen de concessies voor offshore windparken steeds verder van de kust te liggen. De aanlanding van die groene stroom wordt dan ook steeds duurder. Als we die groene stroom
offshore kunnen omzetten in groene waterstof zou de aanlanding veel goedkoper worden. Zeker omdat de productieplatforms al een gasinfrastructuur hebben en er al een aanlandingspunt is.’
In de energieproeftuin van EnTranCe kunnen netbeheerders en technologieleveranciers ervaring opdoen met het beheer en onderhoud van waterstofinfrastructuur.
Wisselende kwaliteit
Voordat de offshore-industrie echter grootschalig overgaat op groene waterstofproductie verder weg op de Noordzee, wil ze eerst zeker weten of dit veilig en efficiënt kan. ‘Nu bedienen
we de offshore-gasmarkt al en kunnen we in principe alle processen vanaf de kust regelen en bijsturen’, vertelt Kik. ‘Maar offshore waterstofproductie is nog niet eerder gedaan. Voor waterstof is zeer zuiver water nodig, waarvoor het platform wordt uitgerust met een reverse osmose-installatie. Daarmee kan zeewater worden ontzilt en gezuiverd dat vervolgens via een PEM-elektrolyzer wordt gescheiden in zuurstof en waterstof. De uitdaging voor de procesapparatuur zit met name in de wisselende kwaliteit van het zeewater en het variabele aanbod van groene stroom.’ Daarnaast wil men de waterstof gemengd met het gewonnen aardgas via de bestaande gasleiding bijmengen en zo naar land transporteren. Kik: ‘Ook dat moet uiteraard veilig en efficiënt verlopen. Alle lessen die we met PosHYdon leren, helpen straks bij de grootschalige uitrol van groene waterstofproductie verder weg op de Noordzee.’
Ted Wildenberg projectleider Entrance
