Waterstof gebruik voor verwarming gebouwen
(Beeld: WaterstofNet)

Gebruik van waterstof kan bijdragen tot klimaatneutrale gebouwen

Waterstof wordt algemeen naar voor geschoven als een interessante klimaatneutrale energiedrager voor toepassing in de industrie en transport, en als grondstof voor de chemie. Of waterstof ook zal toegepast worden voor het verwarmen van gebouwen, is onderwerp van debat. Andere technologieën zoals warmtepompen en restwarmte via warmtenetten worden vaak gezien als efficiëntere en goedkopere alternatieven.

In de BatHyBuild studie, een initiatief dat gegroeid is binnen de Waterstof Industrie Cluster en is uitgevoerd door de KU Leuven en WaterstofNet, is gekeken hoe en in welke omstandigheden waterstof een zinvolle oplossing kan zijn in de gebouwde omgeving.

Verschillende technologieën zijn meegenomen, zoals waterstofketels en cogeneratie, in zowel nieuwbouw als oudere woningen met verschillende isolatiegraad.

Er is een model uitgewerkt dat de energiekosten voor de bewoner berekent , alsook de maatschappelijke kosten (met inbegrip van de infrastructuur in de grond), voor een groot aantal combinaties van technologieën en omgevingen.

Uit deze modelberekeningen blijkt dat waterstof in een aantal gevallen een interessante oplossing is, vooral voor oudere gebouwen waarin lage temperatuur-verwarmingssystemen niet mogelijk zijn of tot zware renovatiekosten zouden leiden.  Dit onder voorwaarde dat waterstof beschikbaar is via een gas-distributienet aan kostprijzen zoals die in verschillende studies worden voorspeld voor 2030 en 2050.

Combinaties van technologieën, zoals hybride warmtepompen waarin een warmtepomp wordt gecombineerd met een gasketel -of cogeneratie unit, lijken ook heel wat potentie te hebben.

Inzichten van deze studie

Waterstof is een valabele optie om gebouwen mee te verwarmen

Dit is de hoofdboodschap van deze studie. De resultaten geven aan dat de kostverschillen tussen all-electric verwarmen en waterstoftechnologieën eerder klein zullen zijn vanaf 2030-2040. All-electric verwarmen en waterstoftechnologieën kunnen naast elkaar bestaan. Elke aanpak heeft zijn specifieke voor- en nadelen. De berekeningen uit deze studie zijn ruim onvoldoende om te kunnen concluderen dat waterstof zeker gebruikt moet worden voor verwarming van gebouwen. Echter, de resultaten tonen wel overtuigend aan dat het gebruik van waterstof niet a priori moet worden afgeschreven, zonder het potentieel ervan te kennen.

Hernieuwbaar gas zal een rol spelen in gebouwverwarming

Gebouwen met een warmtepomp verbruiken 2 tot 4 keer meer elektriciteit in de winter, wanneer de aanvoer van elektriciteit uit zonne-energie beperkt is. Verschillende studies geven aan dat 17- 44% van ons toekomstig elektriciteitsverbruik zal worden geproduceerd in gascentrales. Zelfs in een ‘all-electric’ scenario zal dus een groot deel van de energie die nodig is om gebouwen te verwarmen, afkomstig zijn van een hernieuwbaar gas zoals groene waterstof. Bovendien stellen deze studies dat minstens 30% van de energievraag van de residentiële sector zal bestaan uit het rechtstreeks verbruiken van een gas voor verwarming.

Warmtepompen zijn de meest efficiënte technologie

Er bestaat geen twijfel dat de hoogste efficiëntie van warmteproductie behaald wordt met een warmtepomp. Het hoge omzettingsrendement kan door geen andere technologie worden geëvenaard. Bijgevolg is de primaire energievraag lager wanneer er een warmtepomp gebruikt wordt voor verwarming.  

Het gebruik van waterstof leidt tot een lagere elektriciteitsvraag

Waterstofketels verbruiken geen stroom voor warmteproductie. Bijgevolg is de stroomvraag van een woning met een ketel lager, zeker in de winter. Bij warmtekrachtkoppeling (WKK) wordt elektriciteit geproduceerd tijdens de warmteproductie, wat leidt tot een zeer lage of zelfs negatieve elektriciteitsvraag. Waterstoftechnologieën veroorzaken dus minder druk op de elektrische infrastructuur en verminderen mogelijk de nood aan bijkomende hernieuwbare elektriciteitsproductie. Daarentegen gebruiken zij de gasinfrastructuur, en vertrouwen op de import of seizoensopslag van groene waterstof.  

Waterstof vergemakkelijkt decentrale productie van hernieuwbare energie

De capaciteit van het stroomnet om elektriciteit uit zonne-energie te absorberen, is beperkt. De capaciteit van het gasnet is echter veel groter. Decentrale productie van hernieuwbare energie kan dus op veel grotere schaal dankzij waterstofproductie (via elektrolyse of waterstofpanelen). Dit sluit de productie van elektriciteit uit zonne-energie niet uit, beide kunnen naast elkaar bestaan. Het wordt dankzij waterstof makkelijker om energiepositieve woningen te bekomen. Zelfs een woning Inzichten van deze studie 8 die uitsluitend verwarmt met elektriciteit, kan een waterstofproducent worden om het netto energieverbruik te verminderen.  

In veel bestaande gebouwen is verwarmen op waterstof de goedkoopste optie

Vanaf 2030 kan verwarmen op waterstof geleidelijk competitief worden. In veel bestaande gebouwen is doorgedreven renovatie niet makkelijk en is een volwaardig warmteafgiftesysteem op lage temperatuur niet beschikbaar. Onze resultaten tonen aan dat er slechts een klein verschil is tussen all-electric verwarmen en verwarmen op waterstof. Wanneer ook de extra kosten voor lage temperatuurverwarming in rekening worden gebracht, leidt verwarming op waterstof duidelijk tot de laagste kost.

Als lage temperatuurverwarming aanwezig is, is all-electric verwarmen de goedkoopste optie

Als lage temperatuurverwarming reeds aanwezig is zonder bijkomende kosten, is verwarmen met uitsluitend een warmtepomp de goedkoopste optie. Dit weliswaar vanuit het lokale standpunt, zonder rekening te houden met de impact op het energiesysteem. Voor nieuwe verkavelingen lijkt het weinig zinvol om te investeren in een uitbreiding van het gasnet.  

Hybride verwarming wordt wellicht de meest toegepaste methode van verwarmen

Warmtepomptechnologie is niet in strijd met waterstoftechnologie. Integendeel, beide zijn ideale partners. In vele bestaande gebouwen zal verwarmen op beperkte temperatuur mogelijk zijn (bvb. klassieke radiatoren die overgedimensioneerd zijn). In dergelijke gevallen kan de laagste kost bekomen worden door een warmtepomp te combineren met een waterstofketel. Dit soort ‘hybride warmtepomp’ is bovendien erg flexibel en toekomstbestendig. De combinatie van WKK met een warmtepomp is financieel voordelig in sommige gevallen, bijvoorbeeld een nieuwbouwwijk met een warmtenet. Deze hybride vorm leidt tot een netto elektriciteitsvraag van bijna nul doorheen het hele jaar, aangezien de WKK de stroom voorziet die verbruikt wordt door de warmtepomp. In het algemeen hebben woningen met een lage warmtevraag baat bij een kleine WKK met een iets grotere warmtepomp, terwijl woningen met een hoge warmtevraag baat hebben bij een grote ketel met een wat kleinere warmtepomp.Warmtekrachtkoppeling (WKK) kan het stroomnet bevoorraden met groene stroom in de winter

WKK-eenheden produceren gelijktijdig warmte en elektriciteit aan een omzettingsefficiëntie van bijna 100%. Terwijl all-electric verwarming veel stroom verbruikt wanneer de warmtevraag hoog is, zullen WKK-eenheden op die momenten net veel stroom produceren. Een woning met een WKK wordt dus een netto producent van elektriciteit in de winter. Als de WKK gevoed wordt met groene waterstof, is hij dus groene stroom aan het injecteren op het net in een periode wanneer er vaak een tekort aan groene stroom dreigt te zijn. De aanwezigheid van WKK’s kan dus de nood aan grotere gascentrales verminderen.

Off-gridinstallaties zijn duur en hebben een grotere klimaatimpact

Het is technisch haalbaar om een gebouw los te koppelen van het net en zelfvoorzienend te worden. Dit wordt nog meer mogelijk gemaakt dankzij waterstof. Echter, niet aansluiten op het net leidt tot veel hogere kosten. Bovendien is er een groot surplus aan energie in de zomer dat niet gebruikt kan worden en dus verspild is. Door de grote hoeveelheid apparatuur die nodig is om heel het jaar zelfvoorzienend te kunnen zijn, wordt de klimaatimpact groter dan wanneer er een eenvoudige aansluiting op het net wordt voorzien. Niettemin is het raadzaam om zo veel mogelijk hernieuwbare energie te produceren en om lokaal elektriciteit te bufferen in een batterij. Dit is zelfs financieel rendabel in de toekomst, maar enkel als er ook een aansluiting op het net beschikbaar is.  

Gasdistributienetten en import van waterstof zijn belangrijke succesfactoren

Aansluiten op een gasnet is minder duur dan het laten leveren van waterstof op andere manieren (bvb. per vrachtwagen). Dit kan veranderen in de toekomst door ontwikkeling van nieuwe technologieën, maar dat is op dit moment hoogst onzeker. Een fijnmazig distributienet dat huizen bevoorraadt met gasvormig waterstof op lage druk is de beste garantie om verwarming op waterstof mogelijk te maken. Verder gaat deze studie er van uit dat een continue aanvoer van betaalbare hernieuwbare waterstof mogelijk is. Dit kan bereikt worden door binnenlandse waterstofproductie met voldoende opslag, of door groene waterstof te importeren per schip of pijpleiding. Zowel de import van groene waterstof als de beschikbaarheid van een distributienet voor waterstof zijn realistische scenario’s voor de toekomst.

Aanbevelingen op het vlak van energie-efficiëntie blijven gelden voor waterstof

Het gebruik van waterstof voor verwarming doet niets af aan de energie-investeringen die het meest rendabel zijn. Investeren in isolatie is rendabel, ook wanneer er met waterstof verwarmd wordt. Lage temperatuurverwarming is de beste manier om je woning te verwarming, als die optie er is tegen beperkte kost. Fotovoltaïsche panelen zijn een goede investering, ook wanneer er waterstof gebruikt of geproduceerd wordt in een woning. Bovendien hebben dit soort investeringen typisch een terugverdientijd van minder dan 15 jaar. Aangezien het wellicht nog minstens 15 jaar zal duren eer het gebruik van waterstof gemeengoed is, heeft het geen enkele zin te wachten op waterstof om dergelijke investeringen te doen.

Vele aspecten van de verwarming en energiebevoorrading van gebouwen zijn nog te weinig onderzocht

Tot op vandaag ontbreekt een antwoord op deze vraag: “Hoe kunnen we onze gebouwen verwarmen en van energie voorzien op een duurzame, billijke wijze aan de laagste maatschappelijke kost?” Deze studie is de eerste stap naar het beter begrijpen van hoe waterstof aan deze kwestie kan bijdragen. Er zijn echter nog vele onbekenden: de rol van gascentrales; de capaciteit van het elektrische distributienet; de haalbaarheid van distributienetten op waterstof; import van groene waterstof; de hoeveelheid binnenlandse hernieuwbare energieproductie; de hoeveelheid hernieuwbare energieproductie op daken van gebouwen; de renovatiegraad en het toekomstige woningpatrimonium; nood aan wetgeving; de rol van energiegemeenschappen en collectieve verwarming; tariefstructuren; etc. Om deze vragen op te lossen, is er nood aan bijkomend onderzoek en pilootprojecten.

Meer ecoTips artikels over waterstof

(bron: studie BatHyBuild)

Nieuwsbrief

In je mailbox: aankondigingen van opleidingen, events, nieuws en inzichten over duurzaamheid.

"*" indicates required fields

Consent*
This field is for validation purposes and should be left unchanged.