Businesscase Stad aan't Haringvliet

Auteur: Wim Schermer

De kleine plaats Stad aan't Haringvliet, 589 gezinnen, overweegt volledig op waterstof over te gaan voor verwarming, koken en mobiliteit. Het argument van Stad aan't Haringvliet is dat matig tot slecht geïsoleerde huizen niet met een warmtepomp kunnen worden verwarmd. Andere bronnen zoals stadsverwarming, geothermie e.d. zijn daar niet aanwezig. Ook wil men met seizoensopslag onafhankelijk van het net kunnen opereren. Zij maken er geen geheim van dat zij op zeker vijf miljoen, liefst nog veel meer, subsidie uit zijn.

Is dit een goed idee of een ‘mission impossible’?. We dragen de feiten aan en laten de conclusie aan u over.

Het wordt een lang artikel, daarom alvast enkele conclusies:

  • Van seizoensopslag is totaal geen sprake, dat is gewoon misleiding.
  • We komen in de waterstofvariant 28.136 kWh per jaar tekort per woning en dit tekort moet door fossiele centrales worden opgewekt.
  • De route via waterstof veroorzaakt door "verdringing" een toename van de CO2 uitstoot met 730% t.o.v. van het huidige gasverbruik.
  • De 1200 liter waterstoftank (per huis) is zelfs niet voldoende om één winterdag het huis te verwarmen. 
  • De huidige maandtermijn bedraagt €.175,00 op aardgas, op waterstof wordt dat €.547,00 en kiest men voor isolatie en een warmtepomp kan het €.160,00 worden en het gezin is ook dan gelijk "van het gas af".


Grijze waterstof met SMR of groene waterstof met elektrolyse

Men wil aanvankelijk gebruik maken van waterstof uit SMR, steam reforming uit aardgas. Dat is een heel slecht idee omdat tijdens het maken van waterstof door SMR al ruim 30% van het aardgas verloren gaat in het meer dan 1000 graden C. hete productieproces. Dan kun je beter aardgas thuis blijven verstoken met een hoger rendement en minder CO2 uitstoot.

Eigen windmolen

Uiteindelijk willen de bewoners een eigen windmolen gaan exploiteren, resp. bestaande windenergie gaan benutten om groene waterstof door elektrolyse mee te maken. Op basis van dit gewenste doel, groene waterstof, rekenen we de gevolgen door, zowel qua kosten, energieverbruik als CO2 uitstoot. Nou zult u zeggen met groene waterstof heb je toch geen CO2 uitstoot? Dan kent u het begrip ‘verdringing’ nog niet. Daar komen we later op terug. 

Stoken op gas of waterstof?

Een gemiddelde woning verbruikt op jaarbasis 1.500 m3 gas. Dat is het equivalent van 13.500 kWh elektriciteit. Matig geïsoleerde woningen verbruiken gemakkelijk 2.000 m3 gas, slecht geïsoleerde huizen kunnen zelfs meer dan 3.000 m3 gas per jaar verbruiken. We willen het niet overdrijven en gaan uit van 2.000 m3 gas voor een matig geïsoleerde woning. Dat wordt door de 3x lagere energiedichtheid van waterstof totaal 6.000 m3 waterstof. 6000 m3 waterstof is 545 kg waterstof.

Om deze 545 kg waterstof met elektrolyse uit groene stroom te maken is 58 kWh per kg waterstof nodig. Dat kost 545 x 58 = 31.636 kWh elektriciteit. We gaan uit van een omzettingsrendement bij de elektrolyse van 70% en hoger. Bij kleine elektrolyse systemen is het rendement maar nauwelijks 50%. 

Zonnepanelen

De geplande 30 zonnepanelen op het dak van de proefwoning hebben een opbrengst van 7.500 kWh per jaar. Maar we hebben alleen al voor verwarming 31.636 kWh nodig. Het gewone huishoudelijke verbruik van 3.400 kWh per jaar komt daar nog bij. Totaal dus 35.036 kWh. Daarvoor zijn totaal 140 zonnepanelen nodig, een onhaalbare situatie op een woning. We komen dus 35.036 kWh - 7.500 kWh is 28.136 kWh tekort.

Mobiliteit

De initiatiefnemers willen ook graag op waterstof rijden. Een op waterstof rijdende Toyota Mirai verbruikt per 100 km 1 kg waterstof. Om 1 kg waterstof te maken is 65 kWh elektriciteit nodig. Dat is 7 kWh meer dan normaal omdat de waterstof tot 700 bar moet worden gecomprimeerd. Tijdens dat comprimeren moet de waterstof tot -40 gr. C afgekoeld worden, een energieverslindend proces.

Die 65 kWh kan ook direct in een elektrische auto worden geladen. Dan rijdt die elektrische auto, een Hyundai Kona of Tesla Model 3, er maar liefst 390 km ver mee. Je kunt dus met dezelfde hoeveelheid elektriciteit één waterstofauto of vier elektrische auto’s laten rijden.

Toch een warmtepomp?

Als er 2.000 m3 gas nodig is, dan is dat het equivalent van 18.000 kWh elektriciteit. Een moderne lucht/water warmtepomp heeft een rendement van 350%, een COP van 3.5. Dat betekent dat de 18.000 kWh gedeeld mag worden door 3.5 en resteert er dus een werkelijk verbruik van 5.143 kWh. Van de opbrengst van de 30 zonnepanelen blijft na aftrek van het huishoudelijk gebruik van 3.400 kWh nog 4.100 kWh over.

Er hoeft dus nog maar 1.043 kWh van het net te worden afgenomen om de warmtepomp het hele jaar te laten draaien. De woning hoeft dan niet extra geïsoleerd te worden. Wel moeten de radiatoren vervangen worden door lage temperatuur radiatoren. Is er vloerverwarming dan hoeft er niets extra’s te gebeuren.

Uiteraard verdient isolatie zich heel snel terug. Dubbel glas, spouwmuurisolatie en vooral kierdichting leveren al snel een makkelijker verwarmbaar comfortabeler huis en een lagere energierekening op. Na goede isolatie kan een kleinere warmtepomp het huis makkelijker en vooral goedkoper warm krijgen en houden.

In de 30 jaar die ons nog resten tot 2050 wordt ieder huis wel een keer in meerdere of mindere mate gerenoveerd. Dat is het goede moment om de isolatie echt te verbeteren die niet makkelijk nu aan te brengen is.

We moeten ons realiseren dat 70% van de energietransitie moet komen uit minder verbruik van energie. De echte oplossingen zijn isoleren, slim ventileren en het juiste verwarmingssysteem inzetten. Dat samen resulteert in zeer veel lagere energiekosten en een veel lagere CO2 uitstoot.

CO2 uitstoot door verdringing

Groene waterstof wordt gemaakt uit duurzaam opgewekte elektriciteit van windmolens en zonnepanelen. We hebben in Nederland nog geen 10% duurzame elektriciteit. 

Door de omzettingsverliezen van elektriciteit naar waterstof - 30% - en van waterstof terug naar elektriciteit - 50% - is er heel veel meer duurzame stroom nodig dan bij het direct gebruiken van diezelfde duurzame stroom in warmtepompen en voor het laden van accu’s van elektrische auto’s. De stroom die tijdens elektrolyse is verbruikt is niet meer beschikbaar voor andere gebruikers en moet natuurlijk wel opgewekt worden. En dat gebeurt in … kolen- of gascentrales. Dit heet verdringing en is het onvermijdelijke gevolg van het extreem hoge energieverbruik en daarbij optredende verliezen tijdens het maken en later verbruiken van waterstof. Bij het voorbeeld van de waterstofauto gaat 75% van de energie verloren.

Het eerder berekende tekort van 28.136 kWh moet door fossiele centrales moet worden opgewekt.

Per opgewekte kWh levert de Nederlandse stroommix een uitstoot op van 649 gram CO2. De totale extra uitstoot van één woning, ondanks 30 zonnepanelen, bedraagt door verdringing dan 28.136 x 0,649 kg is 18.260 kg CO2 per jaar.

We rekenden ook al uit dat als het huis met 30 zonnepanelen met een warmtepomp zou worden verwarmd, er na aftrek van het normale huisverbruik en de warmtepomp er slechts 1.043 kWh van het net hoeft te worden afgenomen. De uitstoot bedraagt dan 1.043 x 0,649 is 677 kg CO2.

Per saldo is de extra uitstoot door verdringing als gevolg van het gebruik van waterstof 28.136 - 677 is 27.459 kg CO2. Let wel voor één gezin. Zouden alle 589 Haringvlietse gezinnen de overstap maken, dan wordt de extra CO2 uitstoot 16.173.351 kg ofwel 16.173 ton per jaar. 

Zou de huidige situatie onveranderd blijven, dan stoten de gas CV kachels van de 589 gezinnen 2.000 x 589 x 1,89 kg (uitstoot 1 m3 aardgas) is 2.226.420 kg CO2, dat is 2.226 ton uit. De overgang naar groene waterstof vergroot de uitstoot door verdringing naar fossiele opwekking met 16.173 - 2.226 is 13.947 ton CO2.

Per saldo neemt door de route via groene waterstof de uitstoot van CO2 met een factor 7,3 toe.

En dan vergeten we nog even de mobiliteit die met waterstof 4x zoveel elektrische energie kost en dus ook 4x zoveel CO2 uitstoot veroorzaakt.

Systeemkosten

De route via waterstof vereist heel forse investeringen. Die staan hieronder opgesomd. De eengezinswoning bevat:

• Een electrolyzer, die groene stroom en water omzet in waterstof

• Een brandstofcel, die waterstof weer omzet in elektriciteit

• Een boiler die via een zogeheten katalytische reactie warmte maakt uit waterstof en zuurstof voor warm tapwater en de vloerverwarming

• Opslag voor 1.200 liter waterstof (bij 30 bar) om de seizoenen te overbruggen.

• Twee batterijen van ABB, om aan snelle piekvraag naar elektrische energie te kunnen voldoen

• Vloerverwarming

• 30 zonnepanelen

• Ventilatie met warmteterugwinning

• Recirculatie douche

• Energiebesparende kranen

• Douche-wc

Wij kennen de benodigde investering niet, maar een ruwe schatting levert toch al gauw een bedrag op van tussen de 30.000 en 40.000 euro voor alleen het waterstofgedeelte en de batterijen. Voor alleen de Powerbox van Solenco van zeg 10 kW is al een bedrag van rond 20.000 euro nodig.

De claim van de fabrikant van de Powerbox als zou deze een rendement van 95% halen is ons inziens veel te optimistisch. Aan de in de zomer vrijkomende warmte bij het elektrolyseproces heb je, behalve voor het douchen, vrijwel niets. In de winter heb je vrijwel geen zon en vindt het proces in omgekeerde volgorde plaats. Mits er natuurlijk voldoende waterstof in de tank zit. Dat gaat, dat zien we later, volledig de mist in. Om van waterstof elektriciteit te maken verlies je tijdens de omzetting 50% van de energie. Uiteraard kan de warmte dan wel gebruikt worden maar dit compenseert de grote verliezen lang niet. We zullen hieronder zien er dat nauwelijks waterstof bewaard kan worden.

Opslag om de ‘seizoenen te overbruggen’? Mission impossible

Er wordt gerekend met een opslagtank per woning van 1200 liter op 30 bar. Dat is 36.000 liter waterstof bij 1 bar en dat is slechts 3 kg waterstof. Met de 7.500 kWh van de zonnepanelen kan, gedeeld door 58 kWh, 129 kg waterstof per jaar worden gemaakt. Dit is nog geen 24% van de 545 kg die per jaar voor verwarming nodig is.

De 3 kg die in de tank kan worden opgeslagen is volledig ontoereikend voor seizoensopslag. In de vier wintermaanden wordt 80% van het jaarlijkse verbruik verstookt. 80% van 545 kg /120 winterdagen betekent een waterstofverbruik van 3,6 kg per winterdag.

De 1200 liter waterstoftank is dus niet voldoende om één winterdag het huis te verwarmen. 

Op deze manier is ‘seizoensopslag’ een wassen neus. Het is echt onvoorstelbaar, en feitelijk misleidend, dat de initiatiefnemers dit opslagsysteem voor ‘het overbruggen van de seizoenen’’ presenteren.

De uiterst beperkte opslagmogelijkheden voor de waterstof zijn ook in de zomer fnuikend. Er kan maar 3 kilo waterstof worden opgeslagen. Dat wordt al bereikt met maar 3 x 58 kWh elektriciteit van de zonnepanelen. Op een zonnige dag in de zomer hebben de 30 zonnepanelen een opbrengst van rond 60 kWh. Binnen drie dagen zit de waterstoftank vol en moet de stroom van de zonnepanelen grotendeels worden teruggeleverd aan het net.

Per saldo blijft het waterstofhuis zowel in de winter als in de zomer volledig afhankelijk van een netaansluiting.

Investering

De investeringen in de waterstofroute zijn zeker 30.000 euro hoger dan de kosten van een warmtepomp en laag temperatuur radiatoren. Een extra investering van 30.000 euro drijft de maandelijkse kosten flink op. Schrijf die extra 30.000 euro in 15 jaar af en je ziet dat de maandtermijn, zonder rente, met 167 euro toeneemt. De investering in waterstof kan moeilijk stapsgewijs worden gedaan. 

Zijn er weinig of geen mogelijkheden om te investeren, dan kan men kan alles voorlopig bij het oude laten en gewoon op aardgas blijven stoken. Wel kan met bijv. 14 zonnepanelen de stroomrekening tot 0 euro verlaagd worden. De overheid leent dit geld uit tegen 1,9% rente. De terugverdientijd is, zonder één cent eigen geld, rond 7 jaar. Later kan bij een grotere renovatie de isolatie en warmtepomp alsnog worden aangeschaft. 

Maandtermijn meer dan drie maal zo hoog met waterstof

We rekenden uit dat er per jaar in één gezin met een matig geïsoleerde woning 545 kg waterstof nodig is. De zonnepanelen leveren per jaar 129 kg waterstof op. Er moet dus nog 545 - 129 = 416 kg waterstof extra worden gekocht. Grijze waterstof kost op dit moment 10 euro per kg, groene waterstof is 4x zo duur. Er is een modaal inkomen nodig om alleen die groene waterstof in te kopen. Dat vergeten we maar even.

416 kg grijze waterstof kost per jaar 4.160 euro. Ondanks de 30 zonnepanelen wordt de maandtermijn 4.160/12 is 347 euro. De meerinvestering van 30 mille leidt tot een maandelijkse verhoging van 167 euro.

Ook de 30 zonnepanelen moeten betaald worden. Die gaan 25 jaar mee en de kosten van 30 zonnepanelen met omvormer en installatie zal rond 10.000 euro belopen. Per maand komt dat op 33 euro. Totaal maandtermijn 347 + 167 + 33 = 547 euro.

Daar zullen de inwoners van Stad aan't Haringvliet niet blij van worden want nu betalen ze voor 2.000 m3 gas en 3.400 kWh elektriciteit per jaar 2.100 euro, per maand 175 euro. De meerkosten van waterstof bedragen 547 - 175 is 372 euro, driemaal zo hoog dus als de huidige kosten.

Bij gebruik van een warmtepomp dalen de energiekosten, met dank aan de zonnepanelen, van 175 euro per maand nu naar … 15 euro per maand. Een warmtepomp is veel goedkoper dan een waterstofsysteem maar nog steeds een duur apparaat. Stel de kosten, inclusief beperkte extra isolatie en kierdichting op 20.000 euro. Afschrijving over 15 jaar is per maand 111 euro.

Voeg daar de kosten van de zonnepanelen bij, 33 euro per maand, dan wordt de maandtermijn 160 euro. Dat is 15 euro per maand lager dan de huidige kosten voor gas en elektriciteit.

Dat is per maand maar liefst 547 - 160 is 387 euro goedkoper dan waterstof en het gezin is dan direct van het gas af.

Alle bedragen en hoeveelheden zijn berekend op basis van diepgaande kennis en grondig onderzoek. Er zullen kleine verschillen mogelijk zijn, zo worden rente en renteaftrek niet meegenomen. Deze kleine verschillen doen in het geheel niets af aan de conclusies. De berekening gaat niet uit van de modelwoning, die zou zonder waterstof maar met 30 zonnepanelen en een kleine warmtepomp eenvoudig en veel goedkoper O-op-de-meter worden. We gaan uit van een bestaande matig geïsoleerde woning. Dat was immers de reden om voor waterstof te kiezen.

Conclusie

De route via waterstof veroorzaakt door verdringing een toename van de CO2 uitstoot met 730% t.o.v. van het huidige gasverbruik. Ook zien we een verdrievoudiging van de kosten, zowel qua investering als verbruikskosten per maand. Er is geen sprake van seizoensopslag, noch in de zomer, noch in de winter. Dit wordt veroorzaakt doordat er onvoldoende waterstof gemaakt wordt en de inhoud van de waterstoftank veel en veel te gering is.

Voor flink minder dan de helft van de kosten van de waterstofroute kan een volledig duurzame oplossing van beperkte isolatie en warmtepomp worden gerealiseerd. Met een veel lagere uitstoot van CO2 door van het gas af te gaan, iets dat met grijze waterstof niet het geval is. Tenslotte als bonus per maand geen verhoging van de kosten door waterstof naar 547 euro ten opzichte van de huidige 175 euro, maar een verlaging van de kosten naar 160 euro per maand.

Mocht u fouten of verkeerde aannames in onze berekeningen vermoeden, laat het ons weten. Wij hebben geen enkel belang bij wel of geen waterstof. Zo vinden wij grijze waterstof ter vervanging van dieselmotoren in grote vrachtwagens een prima optie. Wij willen uitsluitend dat duurzame energie optimaal wordt gebruikt en niet grotendeels wordt vernietigd door gebruik van waterstof.

Maar, zoals altijd is de conclusie aan u. 


Wim Schermer

Begaan met het milieu, rijdt elektrisch en woont, inclusief de elektrisch gereden kilometers, in een O-op-de-meter huis.

https://www.stadaantharingvliet.nl/site/dorpsnieuws-nieuws-280/2362-stad-op-weg-naar-waterstofgas

https://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/pbl-2019-conceptadvies-SDE-plus-plus-grootschalige_waterstofproductie_3747.pdf

https://www.co2emissiefactoren.nl/lijst-emissiefactoren/

Waterstofgate
Op naar een parlementaire enquete?