Voor sommige mensen is ‘waterstof’ zo’n beetje de heilige graal. Zij zijn er heilig van overtuigd dat we in de toekomst allemaal met een elektrische auto rijden, die zijn energie uit door waterstof gevoede brandstofcellen haalt. Het Fraunhofer-instituut ISI berekende dat waterstof weliswaar toekomst heeft, maar niet echt economisch is.

Waterstof is lang niet altijd de heilige graal

Wij zijn zelf niet zo enthousiast over de toekomst van ‘waterstof’ en FCEV’s als het gaat om personenauto’s. Mensen die daar wel heel enthousiast over zijn, zien de voordelen vooral in combinatie van een grote actieradius en het feit dat je zo’n waterstoftank in een paar minuten kunt vullen.

Helaas vergeten die mensen iets: qua efficiëntie zijn door waterstof aangedreven voertuigen helemaal niet zo gunstig. Als je kijk naar de energie die er ‘well to wheel’ nodig is, dan verbruiken die voertuigen twee keer zoveel energie als een batterij-elektrische auto. Natuurlijk, een FCEV genereert net als een normale elektrische auto geen directe uitstoot. Maar hij heeft helaas veel meer energie nodig. En die verloren energie, dat is niets meer dan warmte die bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Laat de transitie naar emissievrij vervoer nou nodig zijn om de opwarming van de aarde te verminderen….

Liever ‘gewoon elektrisch’

Daarom gaan wij ervan uit dat personenauto’s in de toekomst ‘gewoon’ volledig elektrisch zijn. Daarbij hopen we uiteraard dat er zo snel mogelijk accu’s zijn waarvan de grondstoffen minder zeldzaam zijn, mens- en milieuvriendelijker kunnen worden gewonnen en goed kunnen worden gerecycled. Die accu’s hoeven niet eens een veel grotere capaciteit dan nu te hebben, mits ze maar sneller opgeladen kunnen worden. Er zijn op dat gebied gelukkig genoeg veelbelovende ontwikkelingen, zoals de solid-state accu.

Wél voor andere toepassingen

Dat neemt niet weg dat wij wel degelijk toekomst zien voor waterstof als energiebron voor voertuigen. Voor vrachtwagens voor de lange afstanden bijvoorbeeld. Het lijkt ons namelijk schier onmogelijk om het zo te regelen dat alle trucks – als die over een aantal jaren volledig elektrisch zouden zijn – precies in de voorgeschreven pauzes aan de snellader kunnen staan. Als je ziet hoeveel trucks er rijden, en hoe vol de parkeerplaatsen met trucks staan, om voor iedere truck op het goede moment een laadpaal of snellaadzuil klaar te hebben staan. Het ombouwen van de huidige dieseltankstations naar waterstoftankstations lijkt ons iets wat veel beter te realiseren is. Ook voor andere toepassingen, zoals in de industrie, scheepvaart en treinvervoer kan waterstof dé oplossing zijn. Een recente studie ziet daar ook toekomst in, en juist in minder mate voor het vervoer over de weg en het spoor.

Niet rendabel voor weg- en spoorwegvervoer

Naast aspecten als uitstoot en efficiëntie zijn de verkrijgbaarheid en de kosten natuurlijk ook heel belangrijk. Nu, en in de toekomst. Het bekende Fraunhofer-instituut ISI onderzocht hoe de vraag naar waterstof en ook de prijs van waterstof zich tegen 2045 zullen ontwikkelen. Uit de studie van Fraunhofer ISI blijkt dat de prijs van waterstof tegen die tijd zo hoog is, dat het gebruik van waterstof in zowel het weg- als het spoorwegvervoer niet rendabel is. Tot zover het slechte nieuws. Het goede nieuws is dat het in de luchtvaart en scheepvaart wél rendabel zou moeten zijn.

‘Price-elastic hydrogen demand in Germany’

Frauenhofer ISI publiceerde een persbericht waarin men de resultaten van de studie “Price-elastic hydrogen demand in Germany” presenteert. De analyse werd uitgevoerd door Fraunhofer ISI in het kader van het door het BMBF gefinancierde project “HyPat – Global H2 Potential Atlas”. Ook Energy Systems Analysis Associates GmbH was bij de studie betrokken.

Het onderzoeksteam benadrukt daarin dat waterstof en waterstofderivaten een belangrijke rol kunnen spelen bij het bereiken van de klimaatdoelstellingen. Alleen niet in elke sector. Dit, omdat de prijs van waterstof en het concurrentievermogen van waterstof ten opzichte van bijvoorbeeld ‘normale’ elektrificatie de overgang naar waterstof niet aantrekkelijk en rendabel genoeg maken, aldus Frauenhofer ISI.

Prijselasticiteit bepalend voor economische haalbaarheid

De auteurs van de studie schetsen op basis van simulatiemodellen de prijselasticiteit van de vraag naar waterstof voor de sectoren industrie, vervoer en energieomzetting. Prijselasticiteit is een economische maatstaf die aangeeft in welke mate de vraag naar een product verandert als de prijs daarvan verandert. Als de vraag erg gevoelig is voor prijsveranderingen, is de prijselasticiteit hoog.

De onderzoekers raamden in de studie dat de vraag naar waterstof in 2045 voor de hele vervoerssector 209 TWh zal bedragen. De vraag zal het grootste zijn in de scheep- en luchtvaartsector. De onderzoekers achtten het in de vervoersector “onwaarschijnlijk dat waterstof zal worden gebruikt in auto’s, vrachtwagens, bussen of spoorvoertuigen”. Dit omdat “hiervoor een alternatief bestaat in de vorm van directe elektrificatie”.  In het internationale lucht- en zeevervoer is er waarschijnlijk wél een grote, prijsinelastische vraag.

Prijs waterstof straks te hoog voor verwarming en voor weg- en spoorvervoer

Wat betreft die negatieve prognose voor weg- en spoorvervoer stellen de auteurs het volgende: “Een gunstig gebruik van waterstof is alleen mogelijk bij groothandelsprijzen van minder dan 90 €/MWh in 2045, afhankelijk van de toepassing zelfs aanzienlijk minder. Als de prijs 50 €/MWh, dan geven de analyses aan dat de totale vraag naar waterstof in 2045 zo’n 476 TWh zal bedragen. Dit is echter vrij onwaarschijnlijk door een veelheid van kosten voor productie, vervoer en distributie; marktprijzen van ruim boven 90 €/MWh in 2045 lijken veel realistischer. Om deze reden lijkt grootschalige bevordering van het gebruik van waterstof op gebieden als verwarming van gebouwen, vervoer over land of energiegebruik in de industrie niet veel zin te hebben.”

Vooral voor ‘no-regret’ toepassingen

Prof. Dr. Martin Wietschel leidde het project bij Fraunhofer ISI. De belangrijkste bevindingen van de studie zijn volgens hem dat zogenaamde “no-regret-toepassingen” een zeer belangrijke drijvende kracht achter de vraag naar waterstoftoepassingen zullen zijn. Dat zijn toepassingen waarvoor nauwelijks economisch aantrekkelijke alternatieve technologieën beschikbaar zijn om de klimaatdoelstellingen te bereiken. Volgens Wietschel geldt dit met name voor het materiaal- en energieverbruik in bepaalde industriële sectoren, zoals de staalsector of de chemie.

In het geval van energieomzetting, zoals in brandstofcellen voor elektrische aandrijving, moet het gebruik van waterstofopslag concurreren met alternatieve toepassingen zoals warmtepompen, warmtenetten of elektrische voertuigen. Hierbij kan de flexibiliteit van waterstof, zowel qua opslag als vervoer, belangrijk zijn. Maar Wietschel geeft ook aan dat de prijzen van invloed zijn op de mate waarin waterstof in de toekomst zal worden gebruikt.

Vraag voorlopig nog gering

De auteurs melden dat bepaalde industriële toepassingen de vraag naar waterstof kunnen domineren. Die toepassingen moeten de komende jaren ook centraal staan. Ook geven ze aan dat lage groothandelsprijzen niet te verwachten zijn. Daarom is het “onwaarschijnlijk dat zij zullen bijdragen tot een toename van de vraag naar waterstof”. Uit de tussentijdse resultaten blijkt overigens ook dat de vraag naar waterstof tegen 2030 waarschijnlijk nog niet erg groot zal zijn, namelijk iets meer dan 40 TWh.