Waterstof: wat is het en wat doet de bank ermee?

Waterstof is al een paar jaar enorm in het nieuws. ABN AMRO speelt een grote rol in de opschaling van de waterstofeconomie in Europa. Met groene stroom kan waterstof uit water worden gehaald, via een proces dat elektrolyse heet. Alleen al het vergroenen van het huidige gebruik van waterstof in Nederland en Duitsland vereist enorme investeringen in de productiecapaciteit van groene stroom.

België, Nederland en Duitsland zijn zogenoemde 'advanced economies', landen die veel energie gebruiken in hun industrie. Deze energie is in hoge mate nog steeds fossiel van oorsprong en leidt daarom tot een enorme uitstoot van broeikasgassen. Om te voldoen aan de Europese regelgeving rond het terugdringen van broeikasgassen – vooral via het programma Fit for 55 –, moeten enorme veranderingen in onze energievoorziening plaatsvinden. Groene waterstof kan helpen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. 

In deze publicatie willen we iedereen bijpraten over:

1. Waterstof: wat is het?
2. Waar gebruiken we waterstof voor?
3. Waar gaan we waterstof in de toekomst voor gebruiken?
4. Wat doet ABN AMRO met waterstof?

Mocht u ooit scheikunde gehad hebben, dan herinnert u zich misschien dat waterstof (scheikundige code: H) het getal 1 als atoomgetal heeft. Het is daarmee het lichtste scheikundige element dat er bestaat. Het komt in het heelal ook verreweg het meest voor en is de brandstof van sterren, zoals de zon. In de zon wordt waterstof middels kernfusie omgezet in helium (scheikundige code: He), dat atoomgetal 2 heeft. Hierbij komt veel energie vrij: de zon schijnt.

Waterstof komt over het algemeen voor in de vorm van gas. Het wordt pas vloeibaar bij de zeer lage temperatuur van -253 graden Celsius. En zit de zon tjokvol waterstofgas, op aarde komt het eigenlijk niet in losse vorm voor. Toch is er veel waterstof op aarde, maar het zit gebonden aan andere elementen. Zoals aan zuurstof (scheikundige code: O), een veel zwaarder element, waarmee het water kan vormen. De scheikundige formule van water is H₂O.

En als vergelijking met waterstof: water wordt pas gasvormig bij veel hogere temperaturen, het moet daarvoor koken en dat doet het pas op 100 graden Celsius. Waterstof ‘kookt’ dus al bij temperaturen ver onder nul. Het Engelse woord voor waterstof komt uit het Frans en is: hydrogen. Daar komt de H vandaan. Veel waterstofprojecten hebben dan ook vaak ergens een H of H₂ in de naam, zoals H2ermes, HyDeal en VoltH2.

Het 2-tje in H₂ ontstaat doordat het element waterstof als los molecuul alleen bestaat als paar; er zijn er in losse vorm altijd twee in plaats van één. Hetzelfde geldt voor een paar andere elementen, waaronder zuurstof. De losse zuurstof die wij inademen, komt in de natuur vooral voor als paartje: O₂.

Fossiele hydrocarbons versus waterstof als brandstof

België, Duitsland en Nederland gebruiken veel fossiele brandstoffen. Veel meer dan ze zelf kunnen produceren. Een groot deel daarvan wordt geïmporteerd via pijpleidingen en schepen. Olie, steenkool en aardgas zijn de belangrijkste fossiele energiedragers. Hieruit worden zogenaamde hydrocarbons gewonnen. Aardgas is al een hydrocarbon van zichzelf.

Het kenmerk van hydrocarbons is dat ze combinaties zijn van waterstof en koolstof (scheikundige code: C, charbon in het Frans of carbon in het Engels). Deze hydrocarbons verbranden goed en produceren daarmee veel energie. En ze zijn makkelijk winbaar uit olie- en gasvelden en steenkolenmijnen.

Een belangrijke energiedrager is aardgas – of gas in de volksmond. De scheikundige naam van aardgas is: methaan, code CH₄. Dit is het gas waar we op koken, maar ook waar we stroom mee produceren in elektriciteitscentrales. Bij die verbranding – die de energie produceert waarmee we stroom opwekken – bindt de koolstof zich aan zuurstof uit de lucht en daarmee ontstaat CO₂, en dat verdwijnt terug in de lucht. De waterstof in dat aardgas bindt zich ook aan zuurstof en verdwijnt als waterdamp in de atmosfeer. Daar condenseert het echter snel tot water. Als u uw afzuigkap tijdens het koken niet aanzet, dat ziet u dat de ramen beslaan; de damp condenseert op de koudere ramen. Een deel van die damp komt niet uit de pan, maar uit het gas dat wordt verbrand. Dus als u aardgas verbrandt, dan ontstaat er naast CO₂ waterdamp.

Landen als Nederland en vooral Frankrijk en België produceren ook energie middels kernsplitsing (niet te verwarren met kernfusie wat in de zon gebeurt): kernenergie. Deze energie wordt ook ingezet als stroom. Nederland importeert daarnaast ook stroom uit landen als Noorwegen, het Verenigd Koninkrijk en Denemarken.

De opdracht

De grote opdracht in de energietransitie is om deze fossiele hydrocarbons te vervangen door groene of circulaire hydrocarbons, ofwel door de processen die nu nog op hydrocarbons werken te elektrificeren via duurzame stroom. De duurzame stroom kan komen uit onder meer zonnepanelen, windturbines of waterkrachtcentrales. De groene hydrocarbons kunnen worden gemaakt door ze synthetisch aan elkaar ‘te lijmen’, maar dit moet dan ook weer op basis van groene stroom. Dan wordt koolstof of CO₂ uit bijvoorbeeld de lucht, gekoppeld aan waterstofmoleculen.

Circulaire hydrocarbons, zoals biogassen, zijn energiedragers die we terugwinnen uit andere processen. Een bekend voorbeeld hiervan is koeienmest dat kan worden vergist tot biogas. In de luchtvaart is momenteel grote vraag naar biobrandstoffen op basis van onder andere frituurvet dat over is. Dat frituurvet moet dan wel een dierlijk of plantaardig van oorsprong zijn. De koolstof in de hydrocarbons kan ook volledig worden weggelaten want waterstof op zichzelf verbrandt ook erg goed. Hierbij moet wel rekening worden gehouden met dat niet elke toepassing van (circulaire) hydrocarbons zich zomaar laat vervangen door pure waterstof.

Hoe maken we groene waterstof?

Wanneer we op een bepaalde manier stroom door water laten lopen, dan splitst het water zich in waterstofgas (H₂) en zuurstofgas (O₂). Beide ‘koken’ of borrelen uit het water. Door nu de waterstof op te vangen, krijgen we een voorraadje waterstof. Dit proces heet elektrolyse.

Gebruiken we hiervoor grijze stroom uit een gascentrale, dan is de waterstof ‘grijs’. In dat geval wordt namelijk broeikasgas geproduceerd in de gascentrale die de stroom levert. Wanneer we nu echter de stroom uit een windmolen halen, dan is de waterstof die we maken groen en komen in het hele proces geen broeikasgassen vrij.

Als vervolgens die waterstof wordt gebruikt om energie op te wekken, waarbij de waterstof wordt verbrand (net zoals we aardgas in de keuken verbranden als we staan te koken) dan komt slechts waterdamp vrij, die snel condenseert tot waterdruppels.

Manieren om waterstof te produceren: de belangrijkste ‘kleuren’

• Grijze waterstof, gemaakt door:
  • waterstoom met aardgas te laten reageren. Hierbij wordt zowel het aardgas (methaan) als het water gesplitst: Steam Methane Reforming (SMR);
  • via elektrolyse op basis van grijze stroom.
  De broeikasgassen verdwijnen in de atmosfeer.
• Blauwe waterstof, gemaakt van aardgas: de broeikasgassen worden afgevangen en opgeslagen in bijvoorbeeld een leeg gasveld.
• Groene waterstof, gemaakt uit water, via elektrolyse op basis van groene stroom uit zonneparken, windturbines, of waterkrachtcentrales.
• Paarse/roze waterstof, gemaakt uit water via stroom van kerncentrales. Hierbij komen ook geen broeikasgassen vrij. Het gebruik van de kernenergie is nog niet geheel onomstreden. 
• Turquoise waterstof, gemaakt door aardgas direct te splitsen in pure koolstof en waterstof. Dit levert geen broeikasgassen op als het proces verder volledig groen is en wordt ook wel pyrolyse genoemd.

Duitsland en Nederland zijn op dit moment de grootste gebruikers van waterstof in Europa. Die waterstof wordt op dit moment op een grijze manier gemaakt. Niet uit water door middel van elektrolyse, maar middels een reactie van aardgas en zeer hete waterstoom, Steam Methane Reforming (SMR).

Dit levert op twee manieren CO₂ op. Ten eerste via de energie die nodig is om de stoom te krijgen. De stoom wordt geproduceerd door het verbranden van aardgas (CH₄), waardoor CO₂ ontstaat. Ten tweede omdat de splitsing van andere aardgasmoleculen, onder invloed van de hitte en de stoom, zelf ook CO₂ produceert; de waterstof wordt van methaan (CH₄) afgesplitst en bindt zich met de waterstof van het stomende water (H₂O). De overblijvende koolstof (C) wordt in twee stappen gebonden aan zuurstof (O₂) uit het water en wordt zo het broeikasgas CO₂.

In Nederland produceren we momenteel met behulp van SMR zo'n 1,2 megaton aan waterstof per jaar. Dit levert ongeveer 13 megaton aan CO₂-emissies op wat gelijk staat aan 8 procent van de totale Nederlandse uitstoot. Dat is ongeveer net zoveel CO₂ als de uitstoot van de grootste individuele broeikasgasproducent: Tata Steel in IJmuiden. 

Die waterstof wordt normaalgesproken ter plekke geproduceerd en gebruikt in twee hoofdsectoren: de raffinage en kunstmestproductie. Waterstof wordt hierbij ingezet om in raffinaderijen olie te ontzwavelen en er brandstoffen mee te maken, zoals diesel.

Nederland kent tevens een grote kunstmestindustrie en die heeft ammoniak nodig (NH₃). Die ammoniak wordt gemaakt met waterstof afkomstig uit het bovenbeschreven proces van Steam Methane Reforming, en hierbij komen broeikasgassen vrij.

Samengevat: waterstof is dus niet nieuw. We gebruiken het al op grote schaal en het veroorzaakt vervuiling vanwege de grote uitstoot van broeikasgassen.

Waarom de hype?

Waterstof lijkt een beetje op aardgas. Niet zo gek, want aardgas bestaat uit een koolstofatoom en vier waterstofatomen. Aardgas laat zich echter maar lastig namaken: daartoe moeten we koolstof middels groene stroom binden aan waterstof. En die waterstof moeten we ook al groen zien te maken met groene stroom.

Op zichzelf kan losse waterstof al goed worden ingezet. Dus waarom nog die extra stap? En als we waterstof verbranden door er zuurstof bij te brengen, dan houden we slechts water of waterdamp over. En is er geen CO₂-uitstoot. Het lijkt dus een ideale oplossing, mits we voldoende groene stroom en, in mindere mate van belang, water hebben.

We gebruiken dus al veel waterstof. En het kan blijkbaar ook op veel andere plekken worden ingezet, bijvoorbeeld om aardgas en steenkool te vervangen. We zouden er auto’s op kunnen laten rijden, op kunnen koken en huizen mee kunnen verwarmen.

Maar is dat ook zo? Het korte antwoord is: ja, dat is zo, maar we hebben dus de groene stroom niet. Om onze huidige waterstofconsumptie te vergroenen is al een enorme hoeveelheid groene stroom nodig. Onze schatting is dat er minstens 16 GW extra productiecapaciteit van groene stroom moet komen om alleen al Nederland uit de problemen te helpen. Dit moet voornamelijk van windmolens op zee komen. En dat zou bijna een verdubbeling betekenen van de huidige grijze productiecapaciteit van stroom in Nederland. Ofwel: er is een enorm gebrek aan groene stroom.

Alternatieven

Daarnaast is de productie van groene waterstof niet heel efficiënt: we moeten met behulp van groene stroom water splitsen in waterstof en zuurstof. En die groene stroom zouden we ook anders kunnen inzetten. Bijvoorbeeld om batterijen van elektrische auto’s op te laden. En dat proces is op zich efficiënter dan auto’s op waterstof te laten rijden: die groene stroom gaat dan direct de batterij in, in plaats van dat we eerst waterstof ervan maken en het dan pas in een auto doen. Er wordt veel onderzoek gedaan naar wat de meest efficiënte toepassing is van groene stroom. En dat is belangrijk op het moment dat er weinig groene stroom beschikbaar is.

Toch is er veel behoefte aan groene waterstof, omdat hier hoge temperaturen mee kunnen worden bereikt, net als met gas en steenkool. En sommige industriële processen, zoals het maken van staal en glas, vereisen hoge temperaturen die met elektriciteit niet makkelijk kunnen worden bereikt. Daarbij is groene waterstof – net als aardgas – een manier om indirect groene stroom te kunnen importeren van overzee.

Op plekken waar groene stroom potentieel ‘oneindig’ beschikbaar is, zoals in onder meer Spanje waar nog veel ruimte is om energie op te wekken via zonnepanelen, zou geen gebrek aan groene stroom hoeven zijn. Die stroom omzetten in groene waterstof, maakt het mogelijk te exporteren naar waar je maar wil. Dit wordt wel ‘exporting the sun’ genoemd.

Is export zo eenvoudig dan?

Het exporteren van waterstof is helemaal niet eenvoudig. Dat komt omdat het, zoals we hebben gezien, een heel licht en klein element is. Het schiet zo door je tankwand of pijpleiding heen naar buiten. Daarom vindt veel innovatie plaats op het gebied van het transport via schepen en pijpleidingen en die is gericht op de vraag hoe te voorkomen dat veel waterstof tijdens het transport vervliegt. Het vervliegen van waterstof is een van de grote knelpunten rond grootschalige export ervan. Vervliegen van waterstofgas willen we niet alleen voorkomen omdat het geld scheelt. Ook waterstof is op zichzelf een sterk broeikasgas.

Er zijn in principe vier methodes om waterstof te vervoeren:

• Als losse waterstof onder enorme druk in gastanks;
• Gebonden aan een ander element, zoals stikstof, zodat het als ammoniak wordt vervoerd. In dat geval moet die ammoniak wel weer uit elkaar worden gehaald halen bij aankomst. Op dit moment worden ook andere ‘waterstofdragers’ onderzocht, zoals de chemische verbinding tolueen;
• Door het vloeibaar te maken, ofwel heel erg koud te maken – en te houden. Dit kost veel energie;
• Door het via speciale pijpleidingen te vervoeren.

Mocht het zo zijn dat in de toekomst waterstof de rol van olie en gas (deels) kan overnemen, dan zullen we het op veel meer plekken inzetten dan vandaag de dag. 

De prijs

Uiteraard speelt de prijs van waterstof een belangrijke rol. Dit is momenteel een groot struikelblok: groene waterstof is veel duurder dan de huidige grijze alternatieven. Bij ABN AMRO rekenen we met prijzen die voorlopig twee- tot zesmaal de kostprijs van grijze waterstof zijn. Dit is afhankelijk van het productieproces, de gas- en stroomprijzen en de productielocatie.

Omdat België, en vooral Duitsland en Nederland al grootschalig waterstof gebruiken en ook al waterstof- en aardgaspijpleidingen hebben liggen, zijn banken uit deze landen er al goed bekend mee. Maar ABN AMRO heeft extra stappen gezet in vergelijking met andere banken. Tot grote deals heeft dit nog niet geleid, aangezien er om diverse redenen vertraging is opgelopen met het uitrollen van de waterstofeconomie. Een belangrijke reden van de vertraging is dat in Europa banken een grote rol spelen in de primaire financiering van ondernemingen, waar bijvoorbeeld in de VS veel meer risicodragend kapitaal vanuit investeerders beschikbaar is. Banken zijn tot dusver terughoudend als het gaat om projecten rond groene waterstofproductie. We zullen in een latere publicatie ingaan op de bankierbaarheid van waterstof.

Een andere reden van de vertraging is de complexiteit van de subsidieprocessen in Europa. Veel projecten hebben subsidie nodig: de prijs van groene waterstof is veel hoger dan van (grijze) alternatieven. Ook is er lang onduidelijkheid geweest over welke definities er moeten worden gehanteerd. Bijvoorbeeld wanneer stroom voor waterstofproductie als ‘groen’ kon worden aangemerkt. Hierbij spelen Garanties van Oorsprong (GVO’s of GoO’s, Guarantees of Origin) een grote rol.

Toch zijn we al in 2018 begonnen de juiste klantennetwerken op te zetten en bij elkaar te brengen. Binnen de Europese Unie is veel steun voor het uitrollen van een waterstofeconomie, onder meer omdat dit een ideale gelegenheid is om de economieën in Zuid-Europa een duwtje in de rug te geven. Die landen kunnen een nieuwe rol spelen: het produceren van groene stroom en waterstof voor Noordwest-Europa.

ABN AMRO heeft hierop ingespeeld door een initiatief te organiseren, samen met klanten in Nederland en Portugal: H2Sines. Dit project moet ervoor zorgen dat groene waterstof uit de Portugese havenstad Sines zijn weg kan vinden naar de Rotterdamse haven. We hebben hierbij de gehele keten samengebracht. Het is een goed voorbeeld van hoe wij strategisch onze klanten en prospects kunnen helpen bij de transitie. Het heeft ons veel contacten opgeleverd binnen de Europese Unie en elders.

Europese bedrijven kloppen steeds vaker bij ABN AMRO aan voor strategisch advies en informatie over hoe waterstofprojecten in te richten en op te tuigen. In deze fase spelen subsidieaanvragen een grote rol: veel projecten zijn afhankelijk van subsidies. Omdat groene waterstof nog zoveel duurder is dan grijze waterstof, en elektrolysefaciliteiten voor groene waterstof nog klein zijn van omvang, worden subsidies beschikbaar gesteld om zowel de kostprijs te kunnen verlagen als om grote installaties te kunnen ontwerpen die grote productievolumes aankunnen. Innovatie is ook hierbij belangrijk.

ABN AMRO beschikt over een zeer uitgebreide database waarin de Europese projecten worden bijgehouden en heeft speciale waterstofadviseurs binnen CIC en CC, en experts binnen Project Finance en bij onze lease-afdeling ABF.

Steun uit Brussel

Nederland heeft in Brussel overtuigd met de geïntegreerde aanpak; H2Sines werd door de Europese Commissie in 2019 als voorbeeld gegeven van hoe een en ander eruit zou kunnen zien. Ook de geïntegreerde aanpak van de provincies Friesland, Drenthe en vooral Groningen gooide hoge ogen en geldt momenteel als voorbeeld voor de rest van Europa. Maar vooral de focus van de overheid op het hergebruik van het gasnetwerk als logistiek platform – inclusief grootschalige opslag – zorgt ervoor dat in Nederland snel kan worden doorgepakt.

Brussel heeft daarom al grote subsidies verstrekt aan twee grote Nederlandse waterstofproductie-projecten: Holland Hydrogen 1 van Shell en CurtHyl van Air Liquide.

Via het zogenoemde IPCEI-proces zullen de diverse lidstaten in staat worden gesteld om zelf ook forse subsidies toe te kennen aan nationale waterstofprojecten. Nederland en Duitsland gaan hiervoor honderden miljoenen inzetten. Nederland is hierbij waarschijnlijk het enige land dat de gestelde nationale productiedoelstellingen voor 2025 in Europa gaat halen.

Opschalen van de samenwerking rond waterstof

ABN AMRO is actief om verdere grootschalige samenwerking te bewerkstelligen binnen de belangrijke regio ARA (Amsterdam – Rotterdam – Antwerpen). We voeren hiertoe stevige gesprekken met alle stakeholders in de regio, zowel op zakelijk als politiek niveau. Nordrhein-Westfalen, als belangrijke afnemer van waterstof die in de ARA-regio zal worden ingevoerd of geproduceerd, willen we hierbij laten aanhaken. Dit gaat leiden tot verdere versnelling van de waterstofeconomie. Dat is ook nodig omdat een deel van onze industriële toekomst ervan afhankelijk zal worden. Het is dus van groot belang voor onze klanten. 

Lees meer sectoroverstijgende artikelen

Naast de ontwikkelingen en kansen die zich in specifieke sectoren voordoen, zijn er ook volop actuele zaken die effect hebben op alle sectoren. Van klimaatbeleid en verkiezingen tot personeelstekorten en grondstoffenprijzen.

Bekijk alle artikelen

Lees verder in de energiesector

De energiesector is sterk in beweging nu de energietransitie steeds meer vaart krijgt. ABN AMRO wil een leidende rol spelen in het versnellen van de energietransitie, die bol staat van de kansen én obstakels.

Bekijk alle artikelen