In klare taal: is waterstof een trend of dé toekomst?

Shell ontwikkelt op dit moment twee fabrieken voor hernieuwbare (groene) waterstof: Holland Hydrogen 1 op de Tweede Maasvlakte bij Rotterdam, en Refhyne 2 in Duitsland. Elders op de wereld bouwen andere partijen ook groene waterstoffabrieken. Gelet op de discussie in de media: waarom wordt er geïnvesteerd in hernieuwbare waterstof?

Wat is waterstof?

Even voor wie nieuw is in de materie: waterstof is dus het meest voorkomende element in het universum en staat als eerste element (H) in het periodiek systeem van chemische elementen. Dat is een ordening van alle stoffen en de Rus Dmitri Mendelejev begon daar in 1869 mee. Je hebt het vast gezien tijdens de scheikundeles op school, ener misschien daarna nooit meer bij stilgestaan. Toch hebben we er dagelijks mee te maken. Water bestaat bijvoorbeeld uit twee waterstofmoleculen (H₂) die gebonden zijn aan zuurstof (O₂). De chemische formule voor water is H₂O.

In gasvorm is waterstof kleurloos, geurloos en niet-giftig. Het is essentieel voor ons bestaan en zal een steeds belangrijkere rol gaan spelen in het energiesysteem, zo verwachten energie-experts.

De “kleuren” van waterstof

De kleuren die je soms bij waterstof ziet vermeld — grijs, blauw en groen — zijn door de energie-industrie bedacht. “Groene” waterstof wordt gemaakt met hernieuwbare energie, bijvoorbeeld wind en “grijze” waterstof wordt gemaakt met aardgas of steenkool. “Blauwe” waterstof wordt ook gemaakt met aardgas, maar daarbij wordt het vrijgekomen broeikasgas CO₂ afgevangen en opgeslagen voordat het in de atmosfeer kan komen. Shells Holland Hydrogen 1 en Refhyne 2 zullen groene waterstof produceren.

Waarom is waterstof belangrijk?

Waterstof is als “brandstof” veelbelovend voor toepassingen die moeilijk te elektrificeren zijn. Denk aan staalproductie, het vervaardigen van glas of het maken van cement. Er zijn doorgaans hoge temperaturen voor nodig.

 “Brandstof” staat in de vorige zin tussen haakjes, omdat waterstof anders werkt dan bijvoorbeeld benzine of diesel. Die brandt je op in een verbrandingsmotor. Waterstof houdt elektriciteit vast, en is dus eigenlijk een energiedrager. Maar voor het gemak wordt het vaak “brandstof” genoemd.

Waterstof voor brandstof, voedsel en gezondheidszorg

Ook olieraffinage en de productie van ammoniak en methanol gebruiken vaak waterstof als energiebron. Omdat er in Europa nog geen groene waterstoffabriek op schaal in bedrijf is, wordt die waterstof nu gemaakt met aardgas of steenkool.

Ammoniak is een basis voor kunstmest, wat weer van levensbelang is voor de landbouw en dus de voedselvoorziening. Methanol zit deels in brandstof, maar is essentieel voor allerlei basischemicaliën en de medische sector.

Waterstof voor hernieuwbare diesel en SAF

In olieraffinaderijen speelt waterstof een cruciale rol in chemische processen waarbij ruwe olie wordt omgezet in brandstoffen en smeermiddelen van hogere kwaliteit. Zo zal groene waterstof in raffinaderijen, zoals Shell Pernis, gebruikt kunnen worden om waterstof gemaakt met aardgas te vervangen. Zo kan het een belangrijke rol spelen in de vergroening van de productie van hernieuwbare diesel en duurzame vliegtuigbrandstof (SAF) .

Waterstof kan ook worden gebruikt om nieuwe koolstofarme brandstoffen te maken door het te combineren met afgevangen CO₂. Zonder waterstof zouden de producten uit een raffinaderij zwaarder en van lagere kwaliteit blijven, en dat vinden de motoren van benzine- en dieselauto’s of van vliegtuigen niet zo fijn.

Waterstof voor eSAF

Waterstof wordt ook gebruikt in bioraffinaderijen en speelt een sleutelrol in de productie van synthetische brandstoffen. Het verbetert niet alleen de productkwaliteit, maar kan ook nieuwe routes openen voor de productie van synthetische brandstoffen met een lagere koolstofvoetafdruk. Zo hadden KLM en Shell op 22 januari 2021 de wereldprimeur van de eerste commerciële passagiersvlucht met 500 kilo synthetische SAF aan boord

. De Boeing 737-800 vloog van Schiphol naar Madrid. Die zogenoemde eSAF was gemaakt op de Energy Transition Campus Amsterdam. Mogelijk komt de Europese Unie binnenkort met meer regels om het gebruik van kunstmatig gemaakte duurzame vliegtuigbrandstof door luchtvaartmaatschappijen te bevorderen.

Hoe wordt waterstof gemaakt?

Waterstof (H₂) komt niet in grote hoeveelheden als zuiver gas voor en moet daarom worden afgescheiden en geproduceerd uit andere verbindingen, zoals water (H₂O) of aardgas (CH₄). De drie verschillende manieren om waterstof te maken hebben — zoals je eerder las — een “kleurcode”: grijs, blauw en groen.

Shells Holland Hydrogen 1 in Nederland en Shells Refhyne 2 in Duitsland zullen hernieuwbare, ofwel groene, waterstof gaan maken. De technische uitgeleg: de waterstof zal worden gemaakt met een proces dat elektrolyse wordt genoemd, met als grondstoffen water en groene stroom. De kern van zo’n groene waterstoffabriek heten elektrolysers, en die splitsen dus water (H₂O) in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂).

Bij Holland Hydrogen 1 loopt het stroomgebruik gelijk aan de elektriciteitsproductie van ’het offshore windpark Hollandse Kust Noord, dat Shell samen met Eneco via de joint venture CrossWind begin 2024 volledig in gebruik nam/. Er loopt geen directe stroomkabel van het windpark naar de groene waterstoffabriek, maar de stroom wordt via het Nederlandse elektriciteitsnet geleverd. Wel is er een speciale aansluitkabel gemaakt voor het laatste stukje naar de Holland Hydrogen 1.

Wat maakt hernieuwbare waterstof uitdagend?

Hernieuwbare (ofwel groene) waterstof is afhankelijk van relatief nieuwe technologieën die nog duur zijn en nog niet breed worden ondersteund met de noodzakelijke infrastructuur. Dit houdt de vraag laag en beperkt de plekken waar het kosteneffectief kan worden toegepast.

Omdat hernieuwbare waterstof zich nog in een vroege fase bevindt, is het momenteel duurder dan waterstof gemaakt met aardgas. Daardoor is het vandaag de dag slechts in een beperkt aantal toepassingen economisch haalbaar en blijft de marktvraag buiten raffinaderijen klein.

Raffinaderijen zijn vaak de eerste — en soms de enige — grote afnemers, omdat zij al waterstof in hun processen gebruiken en beschikken over een deel van de benodigde apparatuur om hernieuwbare waterstof te integreren. Op dit moment zijn de raffinaderijen van Shell de enige klanten voor de twee projecten Holland Hydrogen 1 en Refhyne 2. Dit wordt ook wel de raffinageroute genoemd.

Om de vraag buiten raffinaderijen te laten groeien, zijn duidelijke overheidsregels en langetermijnbeleidssteun essentieel. Deze kunnen helpen om het kostverschil te overbruggen, bedrijven vertrouwen geven om te investeren en projecten in staat stellen op te schalen. Op termijn zullen schaalvergroting en leren door te doen de sector volwassen maken en de kosten verlagen.

Dus waarom nu investeren in hernieuwbare waterstof?

Als uitstootvrij alternatief voor fossiele brandstoffen kan hernieuwbare waterstof een sleutelrol spelen in de energietransitie. Shell investeert nu omdat de wereld hernieuwbare waterstof nodig zal hebben, vooral in sectoren die moeilijk te elektrificeren zijn, zoals de chemie en olieraffinage.

Omdat de raffinaderijen van Shell al waterstof gebruiken, kan de overstap naar hernieuwbare waterstof plaatsvinden met minimale aanpassingen aan apparatuur. Dit maakt het een snelle en praktische manier om de activiteiten te verduurzamen en bij te dragen aan Shells netto‑nuldoelstelling voor 2050. Door te beginnen met sectoren die vandaag al waterstof gebruiken, kunnen we de productie sneller opschalen, kosten in de loop van de tijd verlagen en klaar zijn om nieuwe klanten te bedienen zodra de vraag toeneemt.

Beleidsprikkels en overheidsregelgeving

In lijn met EU‑regelgeving moeten leveranciers van transportbrandstoffen hernieuwbare alternatieven op de markt brengen, zoals brandstoffen die zijn gemaakt met hernieuwbare waterstof. In Nederland en Duitsland is Shell leverancier van transportbrandstoffen en moet ze voldoen aan deze regelgeving. Gebeurt dit niet, dan riskeert Nederland als land aanzienlijke sancties.

Shell was in 2022 de eerste in Europa die investeerde in grootschalige hernieuwbare waterstof met Holland Hydrogen 1. Sindsdien hebben tien hernieuwbare waterstofprojecten in Europa – waaronder Shells Refhyne 2 – het eindbesluit genomen (Financial Investment Decision; FID) om te investeren in de bouw. De meeste hiervan zijn gekoppeld aan raffinaderijen vanwege EU‑regelgeving en beleidsprikkels, in het noorden van Zweden bouwt een staalproducent een grote groene waterstoffabriek om aan de staalfabriek te koppelen.