Dit weet je na het lezen van dit artikel:

• Groene waterstof is nodig voor het verduurzamen van de industrie. 
• Transport van waterstof kan via het bestaande gasnetwerk, maar na flinke aanpassingen. 
• Waterstof via ammonia vervoeren kan nu al. 
• De omzetting kost echter veel energie, maar is bij gebruik van groene energie CO₂-vrij. 

Nu Nederland zelf geen aardgas meer produceert in Groningen, komt het aardgasnetwerk in beeld voor de groene variant: waterstof. Daarbij gaat het in dat toekomstbeeld wel om groene waterstof, dus gemaakt van duurzame bronnen, voornamelijk windenergie. Maar is dat aardgasnetwerk wel geschikt voor waterstofdistributie? Marc Dröge, veiligheidsdeskundige bij Hynetwork - de waterstofdochteronderneming van Gasunie - geeft tijdens de netwerkmiddag aan dat het veilig kan. “Maar alleen als je rekening houdt met de fundamentele verschillen tussen aardgas en waterstof.”

Verschillen

Dröge wijst eerst op de overeenkomsten die beide gassen op het eerste gezicht hebben. Ze zijn kleurloos, reukloos, brandbaar en explosief. Maar waterstof gedraagt zich op cruciale punten anders. “Waterstof heeft een veel lagere molecuulmassa en een veel hogere vlamsnelheid”, legt hij uit. “Daardoor ontsteekt het véél makkelijker. De zogeheten ontstekingsenergie is bijna een factor tien lager dan bij methaan.”

Die extreem lage ontstekingsenergie is dan ook een van de belangrijkste aandachtspunten bij het veilig inzetten van bestaande gasleidingen. Waar de ontstekingskans bij aardgas varieert tussen de 18 en 80% - afhankelijk van druk en diameter van de leiding - gaat Hynetwork voor waterstof uit van 100%. “We rekenen er bij waterstof altijd op dat een lekkage direct ontsteekt”, zegt Dröge. “Niet afblazen, maar affakkelen. Dat is veiliger. Het vraagt ook om andere rekenmethodes, andere detectiesystemen en soms andere afsluiters.”

Een ander punt van zorg is ‘waterstofverbrossing’: het versneld groeien van scheurtjes in stalen leidingen door interactie met waterstof. Dröge nuanceert dat risico. “In de praktijk is ‘waterstofverbrossing’ meestal geen issue. Het speelt alleen bij grote drukvariaties in combinatie met bestaande defecten. Je moet vooral goed monitoren en drukwisselingen beperken.”

De komende jaren voert Gasunie grootschalige experimenten uit om de effecten van leidingbreuken, detonatiegedrag (plotselinge explosieve ontbranding) en ontstekingsmechanismen verder te onderzoeken. Want als Nederland inderdaad een van de eerste nationale waterstofnetwerken ter wereld krijgt, moet veiligheid in de praktijk voorop staan, zo klinkt door in de woorden van Dröge.

Zeeland

Al met al komt een dergelijk netwerk vermoedelijk pas over tien à twintig jaar echt in beeld. Wat kunnen we doen tot die tijd? Is er een alternatieve waterstofroute? Die is zeker in beeld, door te kiezen voor ammoniak, oftewel NH₃. Door ammoniak te kraken in grote kraakinstallaties in een stikstofatoom en drie waterstofatomen, komt ammoniak in beeld als eenvoudigere en vaak veiligere waterstofdrager.

Op dit moment heeft Nederland nog geen ammoniakkrakers, maar er zijn wel degelijk verregaande plannen voor krakers. Dat blijkt ook uit de recente Environmental Assessment Hydrogen Carriers in Zeeland, uitgevoerd door strategisch adviseur veiligheid en omgeving Dirk Jan de Boer van Oostkracht10.

De keuze voor ammoniak is niet nieuw: wereldwijd geldt NH₃ als veelbelovende waterstofdrager. Het is relatief eenvoudig op te slaan, goedkoop te vervoeren en kent een bestaande wereldwijde logistieke keten. Vloeibare waterstof daarentegen vereist extreem lage temperaturen (-253 °C tegenover -33 °C voor NH₃) en een complexe infrastructuur.

De Boer benoemt dat verschil expliciet. Hoewel Zeeland ook kijkt naar andere dragers zoals methanol, Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHC’s) en vloeibare waterstof, is ammoniak veel concreter én bekend in Zeeland. De Boer: “In Zeeland wordt al jaren ammoniak geproduceerd en geïmporteerd voor de productie van kunstmest door Yara in Sluiskil. Daarnaast wil Vesta Terminal nabij Vlissingen drie grote opslagtanks realiseren: twee bestaande en één nieuwe tank, voor een doorzet van maximaal 2 miljoen ton ammoniak per jaar. Ook de aanleg van een nieuwe steiger en een spoorverlaadstation vallen onder de vergunning, die onlangs ter inzage lag.”

Logistieke varianten

Oostkracht10 heeft in haar studie diverse logistieke varianten doorgerekend. Zo komt een importvolume van 2 miljoen ton ammoniak per jaar neer op ongeveer 40 zeeschepen van 50.000 ton. Maar dan begint het pas: de ammoniak moet vervolgens worden gedistribueerd naar binnenlandse gebruikers, of worden doorgevoerd richting Duitsland. Omdat een ammoniakpijpleiding nog ontbreekt, resteert voor de korte termijn vervoer via spoor en binnenvaart.

Volgens Vesta zou ongeveer 17,5% via spoor gaan en 82,5% via binnenvaart. De Boer: “Binnenvaart is overigens ook interessant als gebruiker van ammoniak, want ammoniak is tevens te gebruiken als brandstof. En steeds meer binnenschepen doen dat inmiddels ook, wat ook goed is. Dieselolie is namelijk een forse CO₂-uitstoter.”

Nu zou men ammoniak direct in Zeeland kunnen kraken en als waterstof kunnen transporteren naar voornamelijk Duitsland, waar veel vraag naar waterstof is. Ook dat heeft Oostkracht10 doorgerekend. En de conclusie is verhelderend. “Wil je die waterstof vervoeren, dan kan dat dus nog niet via buisleidingen, want die zijn op korte termijn niet te verwachten. Ook via spoor en binnenvaart zijn voor pure waterstof geen realistische opties op deze schaal.”

Is het via de weg nog mogelijk, zoals via tubetrailers? “Een standaard tubetrailer kan slechts 350 tot 400 kilogram waterstof vervoeren. Om 300.000 ton waterstof per jaar te exporteren, zijn 375.000 tubetrailers nodig. Dat gaat natuurlijk niet gebeuren”, concludeert hij.

Veilig ammoniaktransport

De keuze is dan snel gemaakt: ammoniak biedt wel schaalbaarheid en logistiek, en kan van Zeeland een waterstofhub maken. Overigens ook van Rotterdam, zo vertelt Margreet Spoelstra van het Nederlands Instituut Publieke Veiligheid (NIPV), het publieke kennisinstituut voor crisisbeheersing en brandweerzorg. “Naast Vesta en ook LBC Tank Terminals in Zeeland werken ook in Rotterdam bedrijven zoals Air Products, Gunvor en Euro Tank Terminal aan de opslag en krakers van ammoniak. Beleidsmatig ligt de voorkeur duidelijk bij opslag in de zeehavens en transport via buisleidingen of binnenvaart”, benadrukt Spoelstra. “Weg- en spoorvervoer zijn minder gewenst, al onderzoeken we wel hoe je die vormen veilig kunt toepassen.”

Opslag lijkt technisch goed beheersbaar, zeker wanneer wordt voldaan aan PGS 12 (Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen). Betonnen buitenwanden, interne pompen en het vermijden van doorvoeringen door wanden en vloeren behoren tot de essentiële maatregelen. “We beschouwen opslag van ammoniak in Nederland als veilig”, zegt Spoelstra. “De grootste risico’s ontstaan bij verlading, waar noodbreekkoppelingen en terugstroombeveiliging absoluut cruciaal zijn.”

De transportketen staat echter onder druk. Binnenvaart krijgt de voorkeur, maar heeft te maken met een tekort aan personeel en materiaal. Spoorvervoer kampt met hogere kosten en weerstand in het basisspoornet. De aanleg van een ammoniakleiding in de Delta Rhine Corridor is bovendien uitgesteld tot op zijn vroegst 2035. “De markt wil investeren, maar mist duidelijkheid”, aldus Spoelstra. “Zeker zolang Duitsland nog geen helder beleid heeft.”

Landelijke richtlijnen nodig

De grootste zorg ligt bij veiligheid en incidentbestrijding. Ammoniak is giftig en kan bij lekkage grote effectafstanden veroorzaken. “De brandweer is op dit moment onvoldoende voorbereid op grote ammoniakincidenten”, weet Spoelstra. “We hebben handelingsperspectieven, oefenlocaties en landelijke richtlijnen nodig, voordat we brede toepassing verantwoord kunnen opschalen.”

Toch ziet zij duidelijke kansen: “Als we investeren in veilige opslag, robuuste logistiek en goede voorbereiding, kan ammoniak een belangrijke schakel worden in de Nederlandse waterstofeconomie.”

Veel energie nodig

Er is bij deze ammoniakroute nog wel een andere, grote belemmering: het kost namelijk nu nog veel energie om waterstof te produceren. Circa 50 kWh om 1 kilo waterstof te maken. Dit levert slechts 20 kWh op als het weer wordt omgezet naar elektriciteit. Er is dus sprake van een energieverlies van 60%, ook al kun je zeggen dat die duurzame wind- of zonnestroom gratis is.

Om voldoende groene waterstof te produceren, moet er de komende jaren heel veel extra capaciteit aan groene energie van windmolens en zonnepanelen worden bijgeplaatst. En om die waterstof om te zetten in ammoniak via het ‘Haber-Bosch’-proces, is eveneens veel energie nodig. Volgens een studie van het Australische nationale onderzoeksinstituut CSIRO vraagt een ton ammoniak via dit proces 10 tot 12 MWh aan energie-invoer. De wetenschap is het er dan ook over eens dat direct gebruik van wind- en zonnestroom het hoogste rendement oplevert. Als tweede beste optie geldt - zeker bij verplaatsing over lange afstanden - het gebruik van vloeibare waterstof.

Dat dit nog niet op grote schaal gebeurt, komt deels door transportbeperkingen en deels door de beperkte beschikbaarheid van duurzaam opgewekte energie. De grote windparken op de Noordzee bijvoorbeeld zijn nog lang niet op volle ‘oorlogssterkte’. En plannen om in bijvoorbeeld Namibië bij grote zonneparken ter plekke ammoniak te realiseren, komen niet van de grond. Eind september van dit jaar trok het Duitse energiebedrijf RWE zich terug uit het 10 miljard-project Hyphen. Overigens is juist in september een ander groot internationaal waterstofproject in het Namibische Walvis Bay van start gegaan. Er gloort dus wel degelijk hoop voor een groene ammoniakroute, al is de praktijk weerbarstig.