Waterstofconversiepark krijgt vorm

De industrie is de afgelopen jaren complexer geworden terwijl het Industrial Internet of Things geleidelijk aan is omarmd. Veel installaties kunnen al automatisch worden bijgestuurd op basis van real-time data die slimme sensoren genereren. In de industrie is steeds meer intelligentie nodig om complexe problemen te analyseren en op te lossen. Ook bij asset management speelt digitalisering een belangrijke rol om het juiste moment van onderhoud te kunnen inplannen. Maar met digitalisering alleen, red je het niet. John Bruijnooge, site manager van Sabic in Geleen, legt uit het bedrijf de beschikbaarheid van installaties op peil houdt.

Het Havenbedrijf Rotterdam zet in op de energietransitie. Het wil de industrie faciliteren bij het terugdringen van de CO2-emissies en tegelijkertijd zorgen dat Rotterdam de belangrijkste energiehaven van Europa blijft. Op dit moment wordt nog veel olie geïmporteerd. In de toekomst moet dat duurzame energie zijn. Als onderdeel van de energietransitie heeft het Havenbedrijf grootse plannen op het gebied van waterstof. Nu al produceren bedrijven in het gebied grijze waterstof met behulp van steam methane reforming (SMR). De hierbij geproduceerde kooldioxide afvangen en opslaan zal de grootste milieuwinst opleveren. Maar de industrie wil op den duur vooral groene waterstof inzetten. Om dit mogelijk te maken, reserveerde het Havenbedrijf een stuk grond van 24 hectare tussen de terminals en loodsen op het puntje van de Tweede Maasvlakte. Hier komt een conversiepark dat groene stroom van offshore windparken omzet in groene waterstof, zuurstof en warmte.

Randolf Weterings, programmamanager Elektrificatie en Waterstof van Havenbedrijf Rotterdam ziet inmiddels de eerste contouren van wat straks het eerste grootschalige Nederlandse groene waterstofpark wordt. ‘We hebben een vlakte en de weg ernaartoe is aangelegd. Momenteel zijn er nog bodemonderzoeken gaande, maar gezien de geschiedenis van de Tweede Maasvlakte verwachten we geen verrassingen. We verwachten dan ook in het tweede kwartaal van dit jaar met de verdere voorbereidingen te beginnen.’

Inmiddels is dus bijna een halve megawatt al ingepland en volgens Weterings zijn de andere twee plots ook gereserveerd. Als die partijen daadwerkelijk tekenen, is het eerste conversiepark dus gevuld en zou jaarlijks zo’n honderd tot honderdtachtig duizend ton groene waterstof (afhankelijk van de productieprofielen en beschikbare groene stroom) kunnen worden geleverd aan de industrie of bijvoorbeeld de transportsector.

Offshore Wind

De positie op de Tweede Maasvlakte is niet voor niets gekozen. De locatie vormt een goede aanlandingsplaats voor de windparken die medio 2023 (Hollandse Kust Zuid, 1,4 gigawatt) of richting 2030 (IJmuiden Ver, twee gigawatt) in gebruik worden genomen. Daarnaast is nog vier gigawatt in ontwikkeling, wat de totale potentie voor aanlanding op de Maasvlakte brengt op 7,4 gigawatt. Hoe dichter de conversie bij de parken plaatsvindt, hoe goedkoper het elektriciteitstransport wordt. En hoe meer het park de netbeheerder ontlast. Het Havenbedrijf voerde al een studie uit naar de infrastructuurbehoefte voor groene waterstof en concludeerde dat daarvoor een 48 meter breed kabelbed nodig was of slechts zes meter pijpleiding om dezelfde energie te transporteren.

Overigens kiest Shell voor koppeling aan het offshore windpark dat het samen met Eneco bouwt, Hollandse Kust Noord. Hoewel de stroom ergens anders aanlandt, kent de netbeheerder de geproduceerde energie via power purchase agreements toe aan de waterstofproductie van Shell. Om voldoende elektriciteit in de Rotterdamse haven ook in de toekomst te blijven leveren, moet het hoogspanningsnetwerk wel worden verzwaard. Havenbedrijf Rotterdam onderzocht samen met Tennet en Stedin hoe het tegen de laagste maatschappelijke kosten kan uitbreiden. Het bij elkaar brengen van grootschalige productie, zoals aanlandingen van wind op zee, bij grootschalige afname, zoals het conversiepark, beperkt de benodigde verzwaringen. Ook als de afname contractueel verbonden zit aan een ander windpark. Als het op de Noordzee waait, leveren immers alle parken stroom.

Voor een CO2-neutrale Rotterdamse industrie in 2050 is grootschalige productie van waterstof nodig.

Structuur

Uiteraard werkt het Havenbedrijf tegelijkertijd de plannen uit voor de ontsluiting van de waterstof via een centrale waterstofbackbone. De plannen voor blauwe waterstof zijn immers ook al ver doorontwikkeld. Wel is het nog een punt van discussie welke kwaliteit waterstof in die leiding moet komen. Waterstof uit elektrolyse is namelijk direct zeer zuiver, terwijl diezelfde zuiverheid bij blauwe waterstof extra processtappen zou vergen. Voor de industriële productie van hoog temperaturen (verbranding) zouden eventuele onzuiverheden niet zo’n probleem zijn. Maar brandstofcellen in vrachtauto’s kunnen last krijgen van vervuilingen. Men kan er dan ook voor kiezen om twee aparte leidingen aan te leggen voor de twee kleuren waterstof.

Ongeacht de keuze, moeten er in de toekomst vele megatonnen waterstof worden getransporteerd. Volgens Weterings zou de leiding een diameter van 24 inch moeten krijgen en op hoge druk waterstof moeten leveren aan het hoofdnet van Gasunie en de Delta Corridor leiding. Dat behoorlijke formaat sluit momenteel het gebruik van kunststofleidingen uit.

Het aanleggen van de buisleiding is in Rotterdam geen gemakkelijke klus, omdat de ondergrond in het havengebied redelijk vol is. H-vision zal ook gebruikmaken van Porthos, het project waarbij CO2 van de industrie in de haven wordt getransporteerd en opgeslagen in lege gasvelden onder de Noordzee.

H2-Fifty

HyCC en BP sloten een joint development agreement voor het project H2-Fifty. De twee partijen willen in 2023 een finale investeringsbeslissing nemen over de bouw van de tweehonderdvijftig megawatt elektrolyser in Rotterdam. Een haalbaarheidsstudie heeft laten zien dat het project een forse bijdrage kan leveren aan vergroening van de industrie in de regio. De groene waterstof van H2-Fifty, maximaal 45.000 ton per jaar, zal worden ingezet om de raffinaderij van BP en andere industrieën in het havengebied te verduurzamen.

In de haalbaarheidsstudie is onder andere de techniek verder uitgewerkt. Ook de locatie van de elektrolyser is bepaald, deze komt op de Maasvlakte. Het komende jaar gaan de partners een technologieleverancier selecteren, het ontwerp van de installatie verder uitwerken en starten met de milieustudies voor het vergunningentraject. Volgend jaar volgt een investeringsbeslissing.

Demiwater

Het Havenbedrijf kijkt niet alleen naar de locatie van deze elektrolyser en de infrastructuur voor transport van elektriciteit en waterstof, maar ook naar de infrastructuur die nodig is voor aanlevering van water. Een elektrolyser heeft immers water nodig om de H2O-moleculen te splitsen in waterstof en zuurstof. Vanwege de gevoeligheid van zowel PEM- als alkaline-elektrolysers voor vervuiling, moeten ze worden gevoed met demiwater.

Nu hoeft dat niet een heel groot probleem te zijn: Evides Industriewater heeft tenslotte al twee demiwaterfabrieken in Rotterdam staan. Maar voor de productie van honderdtachtig duizend ton waterstof is toch wel heel veel demiwater nodig. Berekeningen komen al snel neer op negen liter water per kilogram waterstof. Om er zeker van te zijn dat te zijner tijd voldoende demiwater beschikbaar is en blijft, houdt het Havenbedrijf in het conversiepark ruimte beschikbaar voor een eventuele extra demiwaterfabriek. De keuze daarvoor zou volgens Weterings eerder gedreven zijn door redundantie dan door volume.

Zuurstof en warmte

Bijkomende uitdaging is dat de elektrochemische scheiding van water niet alleen waterstof produceert, maar ook zuurstof. In het totaalconcept dat het Havenbedrijf voor ogen heeft, zou dat niet eens verkeerd uitkomen. Autothermal reforming (ATR) blijkt namelijk een zeer efficiënte techniek voor de productie van blauwe waterstof uit methaan. En bij die techniek heeft men zuurstof nodig voor oxidatie van de koolwaterstoffen. Een zuurstofleiding is dan zeker een optie.

Eenzelfde optimalisatie is te vinden in het gebruik van warmte. Daardoor wordt ongeveer een kwart van de groene stroom omgezet in warmte. De efficiency van de elektrolysers zou enorm toenemen als die warmte nuttig kan worden ingezet. Nu heeft Rotterdam al een warmtenet en wellicht zou deze warmte straks naar de Rotterdamse huishoudens kunnen worden geleid.

Import

Ondanks alle plannen om zelf groene en blauwe waterstof te produceren, zijn ze niet genoeg om de gehele fossiele energievoorziening te vervangen. Voor een CO2-neutrale Rotterdamse industrie in 2050 is grootschalige productie van waterstof nodig. Volgens studies van het Wuppertal Institut is voor een CO2-neutrale Rotterdamse industrie zo’n 2,5 tot 6,4 gigawatt aan elektrolyse-vermogen nodig. En dit is alleen nog maar voor de industrie. Als ook de mobiliteitssector en het achterland moet worden bediend, is een veelvoud nodig. In zijn waterstofvisie verwacht het Havenbedrijf in 2050 twintig megaton waterstof te produceren, importeren of doorvoeren.

Zelfs als alle offshore concessies worden ingevuld en windparken stroom leveren voor de elektrolysers, is dat niet voldoende om de gehele industrie, transport­sector en huishoudens te decarboniseren. Het Havenbedrijf verwacht dan ook een groot aandeel van de benodigde groene waterstof te moeten importeren uit landen met veel ruimte, zon en/of wind. Hiervoor werkt het havenbedrijf wereldwijd samen met tientallen partijen. Dat waterstof kan cryogeen of als ammoniak, ethanol of gebonden aan een liquid organic hydrogen carrier (LOHC) worden binnengehaald via bestaande en nieuwe terminals. Het Havenbedrijf Rotterdam tekende al twee van dit soort terminals in de toekomstvisie in.

Shell Hydrogen Holland I

De investering van Shell in een groene waterstoffabriek in Rotterdam lijkt in de maak. Het concern maakt nu al de belangrijkste technologieleverancier bekend. Thyssenkrupp gaat de installatie van tweehonderd megawatt ontwerpen en bouwen. Daarvoor levert de Duitse technologiegigant tien alkaline water-elektrolysemodules van twintig megawatt. Officieel moet Shell ergens komende maanden de investeringsbeslissing nog nemen, maar dat lijkt een formaliteit. De eerste bouwwerkzaamheden van de elektrolyse-installatie zijn gepland voor het voorjaar. Holland Hydrogen I produceert naar verwachting vanaf 2024 waterstof.

De waterstoffabriek komt in een hal met de omvang van twee hectare op de Tweede Maasvlakte. De groene waterstof is straks bedoeld voor industrie en het vervoer. De elektriciteit is dan afkomstig van het offshore windmolenpark Hollandse Kust (Noord). Dit offshore windpark van 759 megawatt is 2023 operationeel en is een joint venture van Shell en Eneco. De waterstof kan worden getransporteerd via een pijpleiding van ongeveer veertig kilometer lang die van de fabriek naar het Energie- en Chemie Park Rotterdam, ofwel Shell Pernis, loopt.

Delen:
Author

klaas@basiqcompany.nl