Een 1 GW groenewaterstoffabriek is nog toekomstmuziek. De meest ambitieuze plannen nu richten zich immers op 200 en 250 MW-electrolysers die op de Maasvlakte moeten komen. Dankzij een door het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) opgestart project weten we hoe een 1 GW-fabriek eruit ziet, wat die kost én dat verdere innovatie en ontwikkeling nodig is.

[ihc-hide-content ihc_mb_type=”show” ihc_mb_who=”2,4″ ihc_mb_template=”3″ ]

Drie jaar geleden startte het ISPT het Hydrohub Gigawatt Scale Elektrolyser-project op. In samenwerking met een aantal bedrijven en kennisinstituten [zie kader, red.]  werd onderzocht hoe het design van een 1 GW groenewaterstoffabriek er in 2030 uit zou kunnen zien. Het resultaat hiervan werd begin dit jaar gepresenteerd. De plant werkt op basis van twee technologieën, legt technisch projectleider Hans van ‘t Noordende van ISPT uit. “Deze fabriek kan zowel alkaline water electrolyse (AWE) als polymer electrolyte membrane (PEM) waterelectrolyse gebruiken om waterstof te produceren.” 

24 stacks

Als locatie voor de plant is een – niet nader benoemde – haven in Nederland gekozen, waar offshore windstroom aanlandt. In de fabriek wordt de stroom in groene waterstof omgezet. Dit gebeurt op flexibele basis. Al naar gelang het aanbod kan er tussen 0 en 100 procent worden op- en afgeschaald. Eerst wordt de 380 kV-elektriciteit omgezet naar laagspanning, waarna gelijkrichters er gelijkstroom van maken. Dit gebeurt in de buitenlucht. Erachter staan twee gebouwen met electrolysers. “Elk gebouw telt 24 stacks van 20 megawatt. Deze vormen het hart van de fabriek”, zegt Van ‘t Noordende. De door de electrolysers geproduceerde waterstof en zuurstof wordt in respectievelijk gele en blauwe buisleidingen de gebouwen uit geleid. De gele waterstofleiding heeft een diameter van 1 meter, waarin de waterstof op een druk van 5 bar is gebracht. In het gebouw ernaast wordt de druk verhoogd naar 30 bar, waarna de waterstof bij de destillatiekolommen op specificatie wordt gebracht. “De zuurstof wordt eruit gehaald en de waterstof wordt gedroogd. Via een ondergrondse pijpleiding gaat de waterstof vervolgens naar de eindgebruiker”, legt Van ‘t Noordende uit.

Goedkope coatings

Bij een eerste calculatie in 2020 zouden de kosten van een dergelijke fabriek bijna 1,5 miljard euro bedragen. De bouw van een fabriek volgens deze blueprint zou een investering bedragen die de helft lager is: 730 miljoen euro. Veel kostenbesparing is gerealiseerd bij het ontwerp van de stacks. Zowel de AWE als PEM-stacks bevatten meer cellen: respectievelijk 335 en 310 cellen. Door een combinatie van opschalen en innovatie is het aantal benodigde PEM-stacks met een factor 15 verminderd en het aantal AWE-stacks met een factor 9. De plant is modulair opgebouwd en neemt dankzij verschillende optimalisaties niet de begrote 17 hectare , maar 10 hectare in beslag. “Dat zijn tien voetbalvelden minder die nodig zijn.” Volgens het ISPT zijn de verlaagde investeringskosten ‘behapbaar’. Voor AWE is de verwachte totale investering verlaagd van 1.400 naar 730 euro per kW. Voor PEM is de kostenreductie nog sterker: van 1.800 naar 830 euro per kW. “We hebben gebruikgemaakt van geavanceerde materialen, goedkope coatings en ook hebben wij de gelijkrichters zo groot mogelijk ontworpen”, geeft Van ‘t Noordende enkele van de verbeteringen weer.

Tastbaar

Carol Xiao, programmamanager Hydrohub Innovation Program bij ISPT, spreekt van een ‘supergaaf project’. “Met vijfhonderd man hebben we hier drie jaar aan gewerkt. Het resultaat geeft duiding waar we naartoe zouden kunnen gaan. De twee technieken zijn heel volwassen. De modulaire opzet van het ontwerp maakt meer flexibiliteit mogelijk.” Volgens Xiao lijkt 2030 ver weg, maar is het toch tamelijk dichtbij wanneer je plannen voor de bouw van zo’n plant hebt. “In 2026 moeten de voorbereidingen voor de investering worden getroffen en in 2028 moet de final investment decision volgen. Het is nu aan industriële partijen en kennisinstituten om de handschoen op te pakken en verder te innoveren. Want de huidige resultaten zijn veelbelovend, maar we zijn er nog niet.” Programmadirecteur Andreas ten Cate van IPST, verantwoordelijk voor dit waterstofproject, zegt trots te zijn op de uitkomst van het traject. “Er ligt nu een robuust voorbeeld van hoe de fabriek eruit zou komen te zien. Dit maakt het tastbaar. Het is de bouwsteen waarop de waterstofeconomie kan worden gebouwd.” Hij noemt de samenwerking voor dit project ‘organisch en heel bijzonder’. “Het eerste halfjaar waren we nog wat in de war, maar daarna ontstond een gemeenschappelijk beeld waar we naartoe willen.” 

Gemiste kans

Ook Marcel Galjee, managing director van HyCC (Hydrogen Chemistry Company), zegt trots te zijn op de manier van samenwerken. “Als je de manier ziet waarop het project is verlopen, hoe partijen hun nek hebben uitgestoken, dat gebeurt buiten Nederland niet zoveel. Het toont de enorme ambitie die hier leeft. Nu komt het erop aan om na groot te denken dit ook groot te gaan doen. Het design van een groenewaterstoffabriek is leuk, maar dit gaat alleen werken als een hele keten wordt opgebouwd. Er is bijvoorbeeld ook duurzame elektriciteitsproductie en infrastructuur nodig. Waterstof is een middel, geen doel.” Hij meent dat het aan de overheid is om ‘een stukje risico’ weg te nemen, niet alleen in financieel opzicht. “We gaan ook mensen nodig hebben, zowel om de installaties te ontwerpen als te bedienen. Verder moet je denken aan vergunningen. Voor deze 1 GW groenewaterstoffabriek is bijvoorbeeld ook een 1 GW aansluiting nodig. Daarvoor zijn de doorlooptijden enorm lang. In Nederland hadden we koploper kunnen zijn in windenergie, maar het economisch potentieel is in andere landen beland. De uitgangspositie voor een waterstofeconomie in Nederland is fantastisch. Het zou een gemiste kans zijn als hiermee hetzelfde gebeurt als met de windenergie-industrie. Het geld en de ambitie zijn er. Durf te investeren en de koploperspositie te nemen.”

Ruimte is kritische factor voor havenbedrijf

Het ontwerp van de 1 GW groenewaterstoffabriek maakt tastbaar hoe zo’n plant eruit komt te zien, zegt Eric van der Heijden, business manager energy transition bij het Havenbedrijf Rotterdam. “Voor ons is vooral ruimte een kritische factor. De gezamenlijke capaciteit van de electrolysers op het conversiepark op de Tweede Maasvlakte zal richting de 1 gigawatt gaan. In de jaren erna verwachten wij meerdere groenewaterstoffabrieken met een capaciteit van 1 gigawatt. Wij dachten dat stacks zo groot worden dat je ze moet stapelen. Uit dit project blijkt dat stacks echter een stuk compacter uitvallen.” Van der Heijden vertelt dat het havenbedrijf de visualisaties uit dit project toont aan partijen die interesse hebben om een electrolyser in Rotterdam te bouwen. “Nu moeten we het gaan doen. Nederland is perfect gepositioneerd voor een waterstofeconomie, maar er zijn meer kapers op de kust. Regelgeving, subsidies en infrastructuur zijn belangrijk. De waterstofbackbone moet er bijvoorbeeld gewoon komen. Ook is de capaciteit van het elektriciteitsnet een bottleneck. Partijen willen wel investeren, maar het is nu zaak dat deze elementen op het juiste moment bij elkaar komen.”

OCI Nitrogen: wind op zee is grootste uitdaging

Zonder een grootschalig aanbod van groene waterstof zou de toekomst van OCI Nitrogen in gevaar komen, zegt manager sustainability Klazien Ebbens van de kunstmestproducent. “Nu gebruiken wij waterstof gemaakt uit aardgas. Dat moet duurzamer. Groene waterstof speelt daarin in een sleutelrol. Willen wij ooit bij een capaciteit van 1 gigawatt komen, dan moeten wij begrijpen wat er daarvoor nodig is en hoe zo’n plant eruit ziet. De resultaten van dit project geven vertrouwen. Hiermee kunnen wij de markt verder uitdagen.” Ebbens zegt verrast te zijn dat in het project geen ‘echte spelbreker’ is opgedoken. “Aan de praktische kant kan het gewoon. Wel zijn de infrastructuur en de benodigde grondstoffen voor de bouw van electrolysers aandachtspunten. De grootste uitdaging zit hem in wind op zee. Het vermogen moet er komen. Verder is een passend subsidiesysteem nodig. Dit vraagt om maatwerk en een goed luisterende overheid.”

Projectpartners

Voor dit project werkte ISPT samen met de ‘industriële partners’ Dow Chemical, Gasunie, Nobian, OCI, Ørsted en Yara. Ook waren de kennisinstituten TNO, Imperial College London, TU/e en de Universiteit Utrecht erbij betrokken.

[/et_bloom_locked]