Waterstof in gebouwen stroom- en verwarmings installaties

De vraag of waterstof ook toegepast gaat worden in gebouwen, voor stroom- en verwarmings installaties en apparaten, is vaak onderwerp van discussie.  Andere technologieën zoals warmtepompen of stadsverwarmingsnetwerken die van restwarmte worden voorzien, kunnen efficiënte en goedkope oplossingen zijn. In nieuwbouwwijken met sterk geïsoleerde woningen (lage warmtevraag) lijken all-electric oplossingen de meest logische oplossing. De vraag is echter of een 100% geëlektrificeerd systeem haalbaar is gezien de intermitterende aanwezigheid van de meeste hernieuwbare energiebronnen in combinatie met grootschalige elektrische verwarming- en elektrische mobiliteit; opslag en flexibiliteit zullen in het systeem moeten worden ingebouwd en ook daar kan waterstof een rol spelen.  Voor oudere huizen en historische stadscentra, vooral waar geen restwarmtebronnen beschikbaar zijn om een ​​warmtenet te voeden, kan een klimaatneutraal gas zoals waterstof een goede oplossing zijn.

Key messages

Waterstof is een valabele optie om gebouwen mee te verwarmen

Onderzoek geeft aan dat de kostverschillen tussen all-electric verwarmen en waterstoftechnologieën eerder klein zullen zijn vanaf 2030-2040. Alle electric verwarmen en waterstoftechnologieën kunnen naast elkaar bestaan. Elke aanpak heeft zijn specifieke voor- en nadelen. Waterstof kan zeker gebruikt worden voor verwarming van gebouwen. Onderzoeks 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 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 tonen studies aan 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 dat de primaire energievraag lager is 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 dat de stroomvraag van een ketel lager uitvalt, 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.

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. Echter, men zou kunnen stellen 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 kosten. Als lage temperatuurverwarming aanwezig is, is all-electric verwarmen de goedkoopste optie Als lage temperatuurverwarming al 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.

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 (b.v. klassieke radiatoren die over gedimensioneerd zijn). In dergelijke gevallen kunnen de laagste kosten gerealiseerd 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 gedurende 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 met 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 behoefte aan grotere gascentrales verminderen.

Off-gridinstallaties zijn prijzig 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 kan leiden tot hogere kosten. Bovendien is er een grote surplus aan energie in de zomer dat niet gebruikt kan worden en wellicht verspild wordt. Door de grote hoeveelheid installaties en apparatuur die nodig zijn 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 (b.v. per vrachtwagen). Dit kan veranderen in de toekomst door ontwikkeling van nieuwe technologieën. Een fijnmazig distributienet dat gebouwen en woningen bevoorraadt met gasvormige waterstof op lage druk is de beste garantie om verwarming op waterstof mogelijk te maken. Een continue aanvoer van betaalbare hernieuwbare waterstof moet dan mogelijk zijn. 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

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 woningen te verwarming, als die optie er is tegen beperkte kosten. Fotovoltaïsche panelen zijn een goede investering, ook wanneer er waterstof gebruikt of geproduceerd wordt in een gebouw of woning. Bovendien heeft dit soort investering een acceptabele terugverdientijd. Aangezien het wellicht nog minstens 15 jaar zal duren eer het gebruik van waterstof gemeengoed is, zijn tot dat moment alle energie efficiënte verhogende investeringen raadzaam.

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

Tot op vandaag ontbreekt een éénduidig antwoord op de vraag: hoe kunnen we onze gebouwen verwarmen en van energie voorzien op een duurzame, billijke wijze tegen de laagste maatschappelijke kosten? Er zijn zeker nu reeds een aantal mogelijkheden, maar er zijn ook nog een aantal vragen die voorliggen: 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; hernieuwbare energieproductie op daken van gebouwen; de renovatiegraad en de toekomstige gebouw voorraad; passende wetgeving; de rol van energiegemeenschappen en collectieve verwarming; tariefstructuren; etc. Om deze vragen op te lossen, is aanvullend onderzoek op het gebied van gebruik- en toepassing van waterstof voor verwarming en stroom installaties een proces dat eigenlijk doorlopend gevoerd moet worden.

De DIA Groep staat haar opdrachtgevers bij met het vinden van duurzame, onafhankelijke oplossingen op het gebied van installatietechniek, exploitatie en brandveiligheid. Altijd met de meest innovatieve ideeën die passen in gebouwen nu en in de toekoms