De twee belangrijkste obstakels voor de waterstofrevolutie

Waterstof zal volgens bijna alle betrokkenen een onmisbare rol spelen in een koolstofvrij energiesysteem van de toekomst. Maar de scenario’s die het uiteindelijke energieaandeel in 2050 laten zien, lopen sterk uiteen. Het International Renewable Energy Agency (IRENA) zegt 12%, de in Brussel gevestigde Hydrogen Council zegt 18%, terwijl het door de EU gestelde doel 24% is.

Wat het eindresultaat ook mag zijn, kijkers uit de industrie zijn het er nu grotendeels over eens dat er twee gebieden zijn waarop de kosten moeten dalen om koolstofvrije waterstof te laten groeien. De kosten van hernieuwbare energie, die het afgelopen decennium al aanzienlijk zijn bezuinigd, zouden moeten blijven dalen. En de kosten van elektrolyse van water om waterstof te produceren, inclusief de basisvoorzieningen van groene waterstof, de elektrolyse-inrichting, moeten een vergelijkbaar pad volgen.

Velen zijn van mening dat beide op het punt staan ​​te gebeuren. In feite zijn de twee nauw verwant, waarbij de bedrijfskosten en de kapitaalkosten de totale bedrijfskosten van de elektrolyse-inrichting vertegenwoordigen. De prijzen voor hernieuwbare energie zullen naar verwachting blijven dalen, aangezien de inzet van hernieuwbare energiebronnen in de netten versnelt. Maar de kapitaalkosten moeten ook dalen, aangezien elektrolyseapparatuur sneller en goedkoper wordt geproduceerd.

Hoewel de prijs van fotovoltaïsche zonne-energie de afgelopen 10 jaar met bijna 90% is gedaald, moet deze nog verder dalen en lijken regeringen vastbesloten te helpen. In maart kondigde het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) bijvoorbeeld zijn doelstelling aan om de kosten van zonne-energie op nutsvoorzieningenniveau in 10 jaar meer dan te halveren, van de huidige kosten van 4,6 cent per kilowattuur (kWh) naar 3 cent. / kWh. Uren tegen 2025 en 2 cent / kWh tegen 2030. Het ministerie van Energie kondigde een reeks R & D-projecten en startkapitaal aan om fotovoltaïsche zonne-energie (perovskieten en dunne films) en geconcentreerde zonne-energie (CSP) te verbeteren om een ​​hogere efficiëntie te bereiken en de kosten te verlagen .

De kosten van elektrolysetechnologie dalen ook, met ontwerpverbeteringen om de efficiëntie te verhogen. Verbeterde alkalische eenheden worden ingezet, zelfs nu kopers steeds vaker met hogere efficiëntie overschakelen op Proton Exchange Membrane Electrolyse (PEM). Ondertussen vordert de technologie voor vaste-oxide-elektrolyse-cellen (SOEC), die beloven een zeer hoog rendement te behalen door hoge warmte-inbreng, industriële warmtebronnen en mogelijk kernreactoren.

De vraag is nu of de elektrolyse van water voor de productie van waterstof de neerwaartse kostencurve kan volgen die zon-pv de afgelopen tien jaar heeft gevolgd. Het zal cruciaal zijn om de kosten laag te houden, aangezien elektrolytische waterstof zal moeten concurreren met “blauwe waterstof” geproduceerd uit aardgas en koolstof moet opvangen, dat nu minder duur is. Het succes zal leiden tot de hopelijk brede acceptatie van wat voorstanders de “heilige graal” van waterstof hebben genoemd, elektrolytische waterstof geproduceerd met hernieuwbare elektriciteit (wat “groene” waterstof betekent).

een plus

Tegenwoordig wordt algemeen aangenomen dat koolstofvrije waterstof zal beginnen in industriële toepassingen, in grote industriële clusters, eerst in de vorm van blauw, later in de vorm van groen. Voor groene electrolyzers is de electrolyzer cruciaal en wordt nog steeds op kleine schaal met veel praktische finesse geproduceerd, ook door de grote fabrikanten. Wereldwijde fabrikanten zijn echter van plan uit te breiden om de kosten te verlagen.

Dit bleek uit recente teambesprekingen Middle East Energy Online 2021 De conferentie, georganiseerd door Informa Markets, waar grote spelers in de branche inzichten deelden over hun productieplannen.

De belangrijkste speler om in de gaten te houden is de Duitse industriegigant ThyssenKrupp, die als staalfabrikant en producent van waterstof de kwestie van waterstof zowel vanuit het oogpunt van de producent als de gebruiker ziet.

Gerelateerd: $ 70 olie kan de aankoop van ruwe olie in China stoppen De standaard alkalische waterelektrolyse-eenheid van het bedrijf is de 20 MW-eenheid, die ongeveer 4.000 kubieke meter waterstof per uur produceert. Deze unit is de huidige bouwsteen van het bedrijf voor de waterstofproductie, met een 100 MW-unit die een combinatie van 5 blokken vereist. Van daaruit kan hij verder bouwen. Om bijvoorbeeld 2,2 gigawatt aan elektrolysecapaciteit te behalen voor het gigantische project in NEOM, zou het bedrijf 110 blokken moeten verzamelen.

“We hebben kosten bespaard en de omvang van onze kerneenheid vergroot tot 20 megawatt”, zegt Malcolm Cook, vice-president bedrijfsontwikkeling bij ThyssenKrupp. “Onze focus ligt nu van de huidige productieketen van 1 gigawatt naar een jaarlijkse productie van 5 gigawatt”, zei hij.

De toename van de productie van elektrolyse-apparaten door het bedrijf verloopt niet volgens een strikt schema en zal plaatsvinden bij de binnenkomst van bestellingen. Maar Cook zegt dat het bedrijf bereid is te investeren in het verhogen van de productie.

Een andere belangrijke speler op dit gebied is de Amerikaanse motorfabrikant Cummins, die zijn waterstofproductiecapaciteit twee jaar geleden sterk uitbreidde toen het het in Canada gevestigde Hydrogenics verwierf (waarbij het Franse bedrijf Air Liquide gedeeltelijk eigenaar bleef). De overname gaf Cummins nieuwe expertise in zowel waterstofbrandstofcellen als elektrolyse, waardoor het in een betere positie verkeert voor de energietransportactiviteiten. Sindsdien is Cummins betrokken bij tal van kleinschalige groene waterstofprojecten.

“In termen van projectgrootte, terwijl 10 MW een doelwit was twee jaar geleden, hebben we nu al een 20 MW PEM-elektrolyse-inrichting die vandaag in Canada in bedrijf is”, aldus Denise Thomas, hoofd van Global Electrolyzer Global Business Development bij Cummins. Hij voegde eraan toe: “De volgende logische stap zijn projecten in het bereik van 100-500 megawatt, die als uitgangspunt zullen dienen voor zeer grote projecten op gigawattschaal.”

“De belangrijkste vraag is timing, omdat we de productiecapaciteit vergroten, maar het heeft geen zin om alle capaciteit in te zetten omdat veel (waterstof) projecten zich in de ontwikkelingsfase bevinden”, aldus Thomas. “Vandaag kunnen we goed zijn met projecten tot 500 megawatt.”

Thomas legde uit dat klanten op dit moment waarschijnlijk geen 1 GW elektrolysecapaciteit op één blok nodig hebben. In plaats daarvan zullen ze de meeste projecten in fasen ontwikkelen, waarbij de eerste fase een capaciteit van 100-200 MW vereist. Het is echter duidelijk dat de ambitie van Cummins is om het GW-niveau te bereiken, waarschijnlijk rond 2025, stelt hij.

Een andere grote speler die wil opschalen naar productie op gigawatt-schaal is het Britse bedrijf ITM Power, dat zich nog in de beginfase bevindt van de planning van een grote elektrolysefabriek. Een ander bedrijf is het Noorse Nel ASA, dat dit jaar de productie van elektrolyse-apparaten heeft uitgebreid tot 500 MW, met verdere uitbreiding gepland. Neill kondigde onlangs zijn doel aan om tegen 2025 groene waterstof te produceren tegen $ 1,50 per kilogram, wat overeenkomt met de kosten van conventionele fossiele waterstof. Ondertussen werken het Deense Haldor Topsoe en de Spaanse joint venture Iberlyzer aan de uitbreiding van de productiecapaciteit in de komende twee jaar.

Geen van deze bedrijven is bereid om in de nabije toekomst hun jaarlijkse productie van 1 GW te overschrijden.

Volg je het PV-pad?

Tegenwoordig is groene waterstof slechts in zeer kleine hoeveelheden aanwezig. De kostprijs is minstens twee keer zo hoog als die van fossiele waterstof. Er is eigenlijk geen markt voor. Het is dus nog een erg vroege tijd voor deze branche.

Tegenwoordig wordt jaarlijks ongeveer 10 miljoen ton waterstof geproduceerd door industrieën in de Verenigde Staten, terwijl wereldwijd ongeveer 120 miljoen ton waterstof wordt geproduceerd (China is het grootste producerende land). Dit alles wordt bijna allemaal geproduceerd via processen die een hoge CO2-uitstoot veroorzaken.

Geschat wordt dat het bereiken van de huidige Amerikaanse waterstofproductie met hernieuwbare elektriciteit 115 gigawatt aan offshore windenergie vereist. De moeilijkheid daarbij wordt duidelijk wanneer men bedenkt dat de Verenigde Staten nu formeel 30 gigawatt aan offshore windenergie nastreven tegen 2030.

IRENA schat in haar Energietransitie-routekaart tot 2050 dat de wereldwijde productie van groene waterstof bijna 400 miljoen ton zal bedragen, wat een gecombineerde totale capaciteit van 5 TWh vereist tegen 2050. Vandaag de dag is de totale elektrolysecapaciteit wereldwijd ongeveer 8 gigawatt.

Gerelateerd: Verwacht een golf van rechtszaken tegen grote oliemaatschappijen na de Shell-zaak

Deze cijfers laten zien dat de productiegolf die zal moeten gebeuren om de doelstellingen voor groene waterstof die door overheden en internationale agentschappen zijn vastgesteld, te halen, duizelingwekkend is. Er is een publiek, duurzaam initiatief voor nodig om doelen te stellen en de kosten voor groene waterstof in de waardeketen te verlagen, ook op het kritieke gebied van elektrolyse.

Cornelius Matisse, CEO van Dii Desert Energy, een non-profit adviesbureau gevestigd in Dubai, ziet reden voor optimisme.

Hij zei onlangs: “Er zal veel innovatie komen op het gebied van elektrolyse naarmate nieuwe technologieën opkomen.” Middle East Energy Online 2021 conferentie. “Voor elektrolyse-apparaten gaan ze van handmatige assemblage naar grotendeels geautomatiseerde productie, samen met grote vooruitgang in onderzoek en ontwikkeling.”

Matisse telde wereldwijd 19 waterstofprojecten waarvoor een elektrolyseurcapaciteit van ongeveer 140 gigawatt nodig zou zijn. Hij gelooft dat deze projectpijplijn een hogere productie van elektrolyse-apparaten zal stimuleren, waardoor de kosten zullen dalen.

“Ik twijfel er niet aan dat dit zal gebeuren. Als we over tien jaar terugkijken, zullen we waarschijnlijk een succesvol verhaal zien zoals we dat zagen met hernieuwbare energiebronnen 10 jaar geleden.”

Maar dit zal niet zonder hulp gebeuren, aangezien veel van de waterstofprojecten waar hij naar verwijst enigszins ondersteund worden.

“We moeten vanuit een regelgevend oogpunt toepassen wat mogelijk is om deze ontwikkeling te versnellen, om standaarden te creëren, om alle basisvereisten van de markt te creëren”, zei Mattis.

Geschreven door Alan Mamoser voor Oilprice.com

Meer belangrijke metingen van Oilprice.com: