Zelfvoorzienend Off-grid:

Méér

Energie opslag: waterstof hype

Waterstof is duurzaam, toch? Als je een beetje duurzaam nieuws volgt, zie je dat er steeds meer bussen op waterstof gaan rijden, zoals in Drente en Groningen en Nijmegen. Ook is er behoorlijk veel subsidie voor, bijvoorbeeld voor H-vision in Rotterdam, provincie Noord-Holland en RWE en The Green Village in Den haag. Ook voor particulieren wordt soms waterstof als een oplossing gegeven voor zomerwarmte elektrisch opslaan. Toch is het helaas niet zo simpel. Momenteel is er weinig duurzaams aan waterstof, omdat dit juist klimaatverandering verergerd als waterstof niet 100% met windmolens en zonnepanelen is opgewekt.

Stel dat automerk Tesla ook bussen zou maken, en stel dat je met één windmolen al die bussen elektrisch het jaar rond kan laten rijden. Als je dan overstapt op waterstof, dan lukt dat opeens niet meer: je hebt dan 2.5 windmolens nodig. Waterstof kost namelijk heel veel extra energie. Op zich is dat geen probleem als die extra energie duurzame energie (windmolens en zonnepanelen) is, echter nu wordt alle waterstof gemaakt van gas.

Verbaast het je dat die bussen waterstof taken bij een Shell station?
Om echt overschotten te hebben in Nederland, zouden we geen kolencentrales meer moeten hebben om éérst uit te zetten, voordat je inefficiënt energie gaat omzetten in waterstof.

Overschot?

Soms wordt gezegd dat we een overschot hebben aan duurzame energie, wat dan lijkt alsof we veel duurzame energie hebben. Hier klopt helaas niets van. Slechts 7.3 procent van alle energie werd duurzaam verwekt in 2018, en 60% daarvan is biomassa- ofwel dat is het laaghangend fruit van geverfd hout en overtollig snoeihout. In werkelijkheid komt dus nog geen 3% van windmolens en zonnepanelen af.

Waarom wordt er dan wel eens over een overschot aan electriciteit gesproken? Omdat in Duitsland enkele dagen per jaar (6 in 2015) je geld bij electriciteit toe krijgt omdat er meer energie wordt opgewekt dan kan worden verbruikt - zonnepaneel-grasvelden worden in de praktijk nooit uitgezet. Dit gebeurt wel eens omdat op die paar weekenddagen de groot-industrie niet aan staat en het wel een zonnige dag is. Dit zijn verwaarloosbare overschotten: zodanig verwaarloosbaar dat de zonnepaneel-veldjes níet worden uitgezet (want dat kan natuurlijk ook). Alleen als dit orde van de dag is, zou je hier iets mee kunnen doen. Om echt overschotten te hebben in Nederland, zouden we geen kolencentrales meer moeten hebben om éérst uit te zetten, voordat je inefficiënt energie gaat opslaan in waterstof.

Energie opslag

Tegenwoordig is er veel maatschappelijke discussie rondom energie opslag. Even voor de helderheid: je hebt twee toepassingen van opslag: dagopslag en seizoensopslag.

Dagopslag is niet zo`n groot probleem. Een zonneboiler is bijvoorbeeld prima in staat om tot wel een week lang de warmte van de zon op te slaan (in water) zodat jij de rest van de week warm kunt douchen (efficiëntie circa 95%). Ook een normale (AGM of lithium) accu kan prima energie opslaan zodat jij off-grid s`avonds TV kan kijken en zelfs nog de dag erna (efficiëntie circa 80-90%). Het enige issue met accu`s is dat een accu maar een paar jaar meegaat en enorm vervuilend is (mede daarom kun je off-grid dus beter een enorm zonnecollector systeem hebben dan heel veel zonnepanelen). Waterstof is voor dagopslag al niet geschikt met een rendement van slechts 40%.

Het grote vraagstuk is echter die andere variant: seizoensopslag. Momenteel is er eigenlijk geen opslag die seizoensopslag aankan voor off-grid gebruik (zie helemaal onderin voor meer details en links). En als je gewoon on-grid in een huis woont, vergeet dan sowieso seizoensopslag, want er zijn waarschijnlijk de komende 20 a 50 jaar nog genoeg kolencentrales uit te zetten én zonnepanelen windmolens te plaatsen, vóórdat het enigzins zinvol wordt om zélf (nu dus heel inefficiënt) zomer-energie elektrisch op te slaan. Je kunt dus beter gewoon groene stroom nemen. Met zelfs Europees nog geen 17% aan groene energie, heeft het als particulier met een eigen on-grid huis echt nog heel lang geen enkele zin. Je helpt de maatschappij méér door on-grid groene stroom te nemen, dan off-grid te gaan met dure en vaak vervuilende systemen.

Als je toch al off-grid bent, dan is seizoensopslag misschien wel interessant. Theoretisch dan hè, want we kunnen het nog niet. In de zomer heb je soms wel 5 efficiënte zonneuren per dag, in de winter op z`n laagst 0.5 efficiënte zonneuren, ofwel 10 keer zo weinig. Als je met zonne-energie (en wind-energie) alles wilt doen, kan het dus weldegelijk interessant zijn om energie van de zomer op te slaan voor in de winter, nacht en misschien wel voor transport (zie helemaal onderin voor meer details en links).

Waterstof conceptueel

Het omzetten van electriciteit naar waterstof kost circa 25% energie, en van waterstof naar electriciteit circa 45%, samen dus circa 60% verlies. Daarmee is waterstof ongeschikt voor bijna alle toepassingen behalve voor deze twee: om overheidssubsidie te krijgen en om torenhoge investeringen in gas-infrastructuur uit het verleden nog ietsiepietsie te laten renderen. Maar even serieus: hier redden we onszelf niet mee.

Ook niet als tussen-oplossing. Als je helemaal niet meer mag roken omdat je anders dood gaat, ga je niet van 10 naar 2 zwaardere sigaretten per dag toch? Dan ga je naar 0 sigaretten per dag. In werkelijkheid is het hele verhaal nog veel ingewikkelder.

Zijn zonnepanelen die waterstof genereren handig? Een gewoon zonnepaneel pakt zeg 20% van de zonne-energie, en met waterstof omzetting (25% verlies) is dat 15% efficiëntie. Toevallig is 15% precies de efficiëntie van die nieuwe panelen. Kortom: dit wijzigt niets. Positief is dat het hier altijd gaat om groene stroom, alleen daarvoor kun je ook normale zonnepanelen nemen.

Meer verwarringen

In mijn cursussen merk ik dat er meer verwarringen zijn. Zo is momenteel zonnepanelen plus warmtepomp hardstikke handig, want je mag het electriciteitsnetwerk nu nog kosteloos gebruiken als grote accu. Dat in de winter en in de nacht/ochtend voor jou de kolencentrales dus alsnog aan staan, wordt even vergeten. Als straks saldering wordt afgeschaft, dan is het spelletje wat eerlijker. Want dan is zonnepanelen en warmtepomp (en vervuilende thuis-accu) net even minder efficiënt en milieuvervuilender (door de accu) dan het hebben van een zonneboiler systeem. Een zonneboilersysteem kan namelijk 60% van de energie van de zon opvangen, en zonnepanelen 20%. Natuurlijk maakt een warmtepomp dat verschil wel goed, alleen als je ook nog moet gaan betalen voor de electriciteit die je levert...dan kun je maar beter de energie zo lokaal mogelijk gebruiken.

Er zijn nog heel veel meer verwarringen in deze chaotische tijd, want iedereen is op zoek naar oplossingen. Zo is een gelijkstroom-elektrische thermische accu heel héél dom, want dit ding is eigenlijk gewoon een verkapte inefficiënte warmwater-machine. Je stopt er 230V in, en je krijgt er warm water uit, maar dan zónder de efficiëntie van een warmtepomp. Ai ai, dure grap om hiermee je warmwater te voorzien (helaas staat dit systeem geheel los van zonnepanelen). We zijn er nog lang niet, en tegelijkertijd is het wel heel fijn dat er wordt gezocht en geprobeerd!

Wat niet doen met waterstof?

Verwarming in een particulier huis op basis van waterstof lijkt me niet slim: een warmtepomp is minstens 300% a 400% efficiënter dan puur elektrisch verwarmen, en waterstof slechts 75%. Ook elektrisch rijden heeft 3 keer minder energie nodig dan een "hydrogencar". Dat laatste is blijkbaar niet bekend bij Audi.

In mijn cursus zelfvoorzienend off-grid bereken ik voor hoeveel energie je nodig hebt om off-grid te kunnen zijn. Dat is altijd een mooi leermoment, voor enkele cursisten het belangrijkste leermoment. Natuurlijk kun je voor jezelf thuis wel waterstof opslaan, alleen dan je moet wel écht écht heel rijk zijn om een godsgruwelijk groot dak te hebben in een huis dat je niet volledig verwarmt in de winter (of je hebt een privé weiland met zonnepanelen), en bovendien zulke dikke isolatie dat je je huis met gemak een passiefhuis mag noemen. Dan nog loop je kans, dat je met je grote waterstof opslag te kort komt. Verwarming kost namelijk klauwen met energie, en waterstof is zeer inefficiënt.

Wat dan wel?

Waterstof is alleen interessant voor grote industriën om toch op een duurzame manier met groene stroom enorme extreme hittes te maken, zoals voor staal en beton. Vandaar ook dat de industrie over gaat naar waterstof (helaas sneller dan dat er windmolens en zonneparken bij komen) Gangbare accu`s (en de nieuwe solid-state varianten) zijn ook zeker niet geschikt om grote hoeveelheden energie voor langere tijd op te slaan. Waarschijnlijk zijn onderstaande ideeën een stuk duurzamer:

Conceptueel

De eerste oplossing is kijken naar de schaal. Er zijn diverse alternatieven, zoals: een overschot aan windmolens en zonnepaneel-parken plaatsen zodanig dat wij als maatschappij zelfs hartje winter nog electriciteit over hebben. Dit zelfvoorzienende alternatief is het meest ecologisch (gesteld dat wij mensen alle ruimte mogen gebruiken) maar het minst economisch want je krijgt slecht betaald voor groene stroom als het er in overvloed is. Omdat het het minst economisch is, gaan we maatschappelijk helaas niet deze kant op.

Mijn favouriete schaal-oplossing op maatschappelijk niveau is vloeken in de kerk: je hebt nauwelijks energie-opslag probleem als je met de zon leeft. Je hebt natuurlijk nog wel extra energie nodig voor winterverwarming, maar als je energie gebruikt als het er is, dan kun je écht kolencentrales en gascentrales uit gaan zetten. Ik stel dus voor: grote industrie overdag aan en s`nachts uit, s`zomers veel activiteit en s`winters minder. Ik doe dat zelf ook: overdag heb ik de koelkast aan, en s`nachts staat deze (automatisch) uit. In de zomer ben ik elektrisch aan het boren en zagen, en in de winter lees ik boeken. Overdag draai ik een was, s`avonds nooit. Hier kan de politiek het voortouw in nemen: maak s`nachts (en in de winter) electriciteit onbetaalbaar, en overdag (en in de zomer) bijna gratis. Alleen de klimaatveteraan durft "gedragsverandering" nu ter sprake te brengen, echter her en der gedragsverandering -al dan niet gestimuleerd door financiële druk- kan de planeet redden. De angst dat we minder luxe gaan hebben wint het nu nog. Gedragsverandering betekent echter niet minder luxe, hooguit luxe op een ander tijdstip.

Vervoer

De mooiste vervoer energieopslag is absoluut niet waterstof en toch zeker wel perslucht. Daar kun je auto`s op laten rijden, met een vergelijkbare actie-radius als een electrische auto. Geen accu vervuiling, en heel eenvoudig op te laden met een doodgewone compressor. Als je mij vraagt waarom we hier niet maatschappelijk dik op inzetten, heb ik geen antwoord voor je, behalve dan de angst dat voor een kleinere actie-radius (o jee wat erg, twee keer zo vaak tanken). De TNO doet wel onderzoek naar opslag in perslucht.

Wijk

De omzetting van stralingswarmte naar elektriciteit en terug betekent heel veel energieverlies. Waarom slaan we dan niet zo lokaal mogelijk en zo rechtstreeks mogelijk de zonwarmte op in water zoals in een extreem groot zonneboilersysteem? Het kan waarschijnlijk grotendeels voor op huisniveau met Summerheat, en op wijkniveau zoals Ecovat en Hocosto doen. De koffie die ik nu drink komt uit mijn zonneboilersysteem wat nu 500 liter op 95 graden heeft (begin oktober) ;), dus ik kan me voorstellen dat dit overschot aan energie opslaan weldegelijk gaat werken.

Een andere manier van opslag waarbij je op wijk-niveau de warmte rechtstreeks opslaat, is de warmte opslaan in Basalt, wat veel warmer kan worden dan kokend water (450 graden). In ecodorp Boekel wordt het CESAR systeem van Kees van Nimwegen gebouwd - hier wordt wel eerst met zonnepanelen electrisch warmte gegenereerd. Op wijkniveau is Siemens Gamesa een dergelijk systeem in Basalt met warme lucht.

Industrieel en electriciteit-buffering

Uiteraard zijn er ook nog heel erg veel opslag en buffer-methodieken die efficiënter zijn dan waterstof, in een race om te winnen voor industrie of als grootschalige buffering voor het electriciteitsnet, zoals ijzererts en stuwmeren. Een ietwat lowtec achtige oplossing is op grote schaal energie opslaan in gewicht met zwaartekracht. Ik heb nog oude brainstormplannen liggen om als accu in de schuur een koelkast op te tillen aan een takel, maar de werkelijkheid haalt me in: Energievault en Gravitricity doen precies dat. Volgens mij zijn dit soort systemen op grote schaal perfect als vervanging van gas om vraag en aanbod van het electriciteitsnet op elkaar aan te laten sluiten.

Dagopslag

Het is heel realistisch om te zeggen dat we altijd dagopslag nodig blijven hebben. Ik typ dit met pure zonne-energie overdag op een off-grid systeem, maar daar hangt ook een batterij achter voor de verlichting vanavond. In de categorie accu`s gebeurt heel erg veel, met name een nieuwe generatie getiteld solid-state en ook accu`s gebaseerd op zout en bromide en waterstof+bromide. De opslagcapaciteit en de prijs zullen bepalen in hoeverre deze accu's voor off-grid toepassingen massaal gebruikt gaan worden. Met name voor seizoens-overbrugging (om in de winter te verwarmen met de energie van de zomerzon) is namelijk giga veel opslagcapaciteit nodig nodig, en, sorry, daarvoor zijn al deze systemen heel erg ongeschikt. Wat heb je aan een (momenteel onbetaalbare) zout-accu van 3kW als je voor de hele winter aan verwarming 900kW nodig hebt? ;) Ik wens je veel leespleizer met dit lijstje links die ik ooit bij elkaar gezet heb (dit is niet volledig):

Kijk ook eens bij onze cursus Zelfvoorzienend Off-grid.