HyStock

Winning van CO2-vrije waterstof

HyStock
Waterstof elektrolyse als extra gasbuffer en energieHub

Een haalbaarheidsonderzoek naar de winning van CO2-vrije waterstof uit aardgas (methaan) waarbij het bijproduct CO2 meteen wordt afgevangen en opgeborgen in oude gasvelden.

In de studie is een concept uitgewerkt voor een waterstofketen die gebruik maakt van bestaande infrastructuur om koolstofvrije (“blauwe”) waterstof te leveren voor hogetemperatuur-warmte in gascentrales en de industrie, en mogelijk ook mobiliteit. Het concept is bedoeld als gedecarboniseerde transitieoplossing naar groene waterstof uit grootschalige waterelektrolyse en als alternatief voor grootschalige biomassa-import.

De CO2-afvang vindt dus in feite al bij de bron plaats, zodat alleen de klimaatneutrale H2 in het energiesysteem in omloop wordt gebracht. Hierdoor komt waterstof vrijwel meteen beschikbaar als CO2-vrije energiedrager. Bij de verbranding daarvan komt alleen water vrij, en geen enkel broeikasgas.

Bovendien kan deze waterstof tijdelijk worden opgeslagen. Daarmee kan een grootschalige buffervoorraad worden gecreëerd van flexibele en emissievrije energie die altijd op afroep beschikbaar is, bijvoorbeeld voor de industrie en voor flexibele elektriciteitsopwekking ter dekking van momenten met minder wind- en zonne-energie.

Potentie

  • Hiermee zou snel een infrastructuur tot stand kunnen worden gebracht.
  • Ook H2 uit tijdelijke overschotten aan duurzame energiebronnen, zoals zon en wind, kan te zijner tijd van dit net gebruik maken.
  • De CO2-vrije waterstof kan onder meer gebruikt worden in de industrie of voor schone elektriciteitsopwekking op momenten met minder zon- en windenergie.

Waterstofkwaliteit verschilt per toepassing

Uitgangspunt is dat de vereiste waterstofkwaliteit verschilt per toepassing.

  • Brandstofcellen voor mobiliteit hebben zeer zuivere waterstof nodig.
  • De chemische industrie legt minder strenge kwaliteitseisen op.
  • Voor energiecentrales en HT-warmte is alleen de energie-inhoud van waterstof van belang.

Omdat voor de grootste toepassingsmarkten laagwaardig waterstof volstaat is de productie, distributie, opslag en gebruik van laagwaardig waterstof de primaire focus van Berenschot en TNO.

  • In het concept wordt op enkele gecentraliseerde industriële locaties in grote havens en/of bij kunstmestfabrieken (Rotterdam, Eemshaven, Terneuzen, Geleen) waterstof geproduceerd uit aardgas met precombustion CCUS.
  • CO2 wordt vanuit deze vier plekken vervoerd met pijpleidingen of schepen, en opgeborgen in oude gasvelden op de Noordzee voor de Nederlandse of Noorse kust.
  • Waterstof wordt in het concept geproduceerd met de techniek van ATR (autothermische reforming).
    • ATR van hoogcalorisch aardgas resulteert in een goedkope laagwaardige waterstof (90% H2, 10% overig) en een zuivere CO2-stroom.
    • Deze waterstofkwaliteit is geschikt voor industriële toepassingen en gascentrales maar moet worden opgewaardeerd voor gebruik in chemie en mobiliteit.
  • De voor ATR benodigde zuurstof kan men met een luchtscheidingsfabriek uit de lucht halen of in zuivere vorm uit elektrolyse halen.
  • Dit is een toekomstige synergie tussen ATR met CCUS en wind op land of zee. Het kan gaan om nieuwe ATR-centrales of om ombouw.
  • Omdat de ammoniakindustrie heeft geïnvesteerd in eigen SMR-installaties met bijbehorende langetermijncontracten ligt een retrofit van deze centrales meer voor de hand dan het opzetten van een nieuwe productieketen.
  • Distributie van waterstof gebeurt in het concept met een deel van het hoogcalorische gasnet.
    • Dit kan door de leidingen aan te passen
    • of door een waterstofleiding in de gasleiding te schuiven (pipe-in-pipe).
  • Waterstof kan voor kleine fluctuaties gebufferd worden door line packing (gasdruk in het net variëren) en voor seizoensvariaties door opslag in zoutcavernes.
    • Bij dit laatste kunnen stoffen in waterstof komen (waaronder methaan als ‘kussengas’ bij ingebruikname van de caverne), dat is dan geen probleem voor waterstof dat wordt gebruikt voor HT-warmte.
    • Voor andere toepassingen kan het waterstof lokaal worden gezuiverd.
    • Als de vraag naar zuiver waterstof toeneemt kan een parallel netwerk worden gebouwd (vgl. hoog- en laagcalorisch aardgasnet).
    • Wordt ATR gecombineerd met elektrolyse dan kunnen vanuit dezelfde installatie twee netten gevoed worden, waarbij het laagwaardige netwerk als overstort kan dienen in geval van wisselende vraag naar zuiver waterstof.

Aanbeveling uit het onderzoek

Berenschot/TNO opperen het volgende transitiepad:

  • retrofit van bestaande SMR-centrales met CO2-afvang
  • een deel van het hoogcalorisch aardgasnet omzetten naar laagwaardig waterstof voor gascentrales en HT-warmte in de industrie
  • huidige en nieuwe waterstofvraag bedienen met ATR met CCUS – invoeding van waterstof uit elektrolyse, daarbij synergie nastreven door benutten van zuurstof uit elektrolyse voor ATR; geleidelijke vervanging van waterstof uit aardgas door waterstof uit elektrolyse naarmate kosten van elektrolyse dalen.

Vervolgprojecten

De studie is bijna afgerond. Er zijn meerdere vervolgprojecten vastgesteld waarover de meeste partners in het consortium zich nog niet hebben uitgesproken, en nieuwe geïnteresseerden kunnen zich aansluiten. Twee ideeën kunnen op relatief korte termijn worden opgepakt:
  1. het eerste is een demonstratie van waterstofproductie met ATR voor een gascentrale en industrie (ondervuring of input voor een raffinaderij.
    ATR is voor het concept doorgerekend op een schaal van 0,5 miljard kuub gas, de geschikte schaal voor een demo moet nog worden bepaald; een kleinere schaal betekent wel verlies van efficiency.
  2. Het tweede is CO2-afvang retrofit bij huidige kunstmestfabrieken.

Gas

Het onderzoek wordt mede gefinancierd en ondersteund vanuit de gassector. Dit in het kader van de actieve ontwikkeling van nieuwe efficiënte oplossingen voor een duurzame energievoorziening zonder CO2-emissies.

Link naar de eerste plant

Doel

opslag en conversie (modellen en concepten)

Onderzoekspartners

Berenschot en TNO

Contact

Bert den Ouden
06 51994286
b.denouden@berenschot.nl

Funding

Systeemintegratie, TESI117002

Reageer op dit artikel

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