BiowaterstofAnalyse
Waterstof bij de biogasinstallatie: scenario's voor lokaal gebruik en hun haalbaarheid
Moet een biogasinstallatie waterstof produceren? We beoordelen vijf scenario's: elektrolyse met stroom uit WKK, reforming van biomethaan, ondersteuning van de vergisting met waterstof, waterstof voor landbouwmachines en levering aan de industrie.
Andere taalversies: Polski, English, Deutsch, Español, Français, Italiano.
Een biogasinstallatie kan een uitgangspunt zijn voor de productie van waterstof, maar in de meeste gevallen levert de verkoop van biomethaan, bioCNG of elektriciteit een beter economisch resultaat op dan de productie van waterstof ter plaatse, omdat elke energieomzetting verliezen en kosten met zich meebrengt. Elektrolyse aangedreven door elektriciteit uit biogas verbruikt 50–55 kWh/kg H₂, en de energie van 1 kg waterstof (33,3 kWh volgens de stookwaarde) bedraagt daarom ongeveer 60–65% van de opgenomen elektrische energie. Het omzetten van gas in elektriciteit in een WKK-motor met een rendement van 40% verlaagt het rendement van de keten verder. Waterstof bij een biogasinstallatie is alleen zinvol in niches: waar een vaste lokale afnemer is, wanneer waterstof wordt gebruikt ter ondersteuning van het biologische proces of wanneer het wordt gecombineerd met energieoverschotten uit andere bronnen.
Scenario 1: elektrolyse met stroom uit biogas
Een WKK-motor produceert elektriciteit, die een elektrolyser voedt. Het rendement van de keten: biogas → elektriciteit 40% → waterstof (33,3/52 = 64%) = ongeveer 26% van de energie van het biogas in waterstof (LHV). Ter vergelijking: biomethaan uit opwerking behoudt ongeveer 90–95% van de energie van het biogas. Dit is dus het minst efficiënte pad. Bovendien is waterstof uit stroom van biogas geen RFNBO (hernieuwbare brandstof van niet-biologische oorsprong) en vereist de status ervan een afzonderlijke beoordeling. Toepassing: alleen als waterstof absoluut noodzakelijk is en de elektriciteit uit biogas niet goedkoper kan worden verkocht.
Scenario 2: reforming van biomethaan
Biomethaan wordt omgezet in waterstof (zie het artikel over reforming). Het verbruik van ongeveer 3,4 kg CH₄ per kg H₂ betekent een rendement van ongeveer 70% ten opzichte van de energie van het biomethaan. Dit is waardevol bij lokale industriële vraag en de beschikbaarheid van een reforminginstallatie; op kleine schaal is het kostbaar.
Scenario 3: waterstof ter ondersteuning van methanogenese
Het toevoegen van waterstof aan de vergister of een aparte reactor maakt het mogelijk om CO₂ in het biogas om te zetten in extra methaan (biologische methanisering in situ of ex situ). Voordelen zijn het benutten van CO₂ en de tolerantie voor verontreinigingen; nadelen zijn de beperkingen in de gasoverdracht naar de vloeistof en de kleine schaal. De economie hangt af van de prijs van elektriciteit (zie het artikel over methanisering).
Scenario 4: brandstof voor landbouwmachines
Waterstof als brandstof voor tractoren en machines bevindt zich in een vroeg ontwikkelingsstadium. De energiebehoefte van een tractor bedraagt enkele honderden kWh per dag in het seizoen, dus is een installatie met voldoende capaciteit en een waterstoftankstation (compressie tot enkele honderden bar) vereist. Momenteel zijn bioCNG/bioLNG of biodiesel praktischer en goedkoper voor landbouwmachines, en in de toekomst elektrische oplossingen.
Scenario 5: levering aan de industrie of transport
Als er in de buurt een bedrijf is dat waterstof verbruikt (chemie, raffinaderij, glas), en het bedrijf zoekt waterstof met een lage koolstofvoetafdruk, kan de biogasinstallatie een leverancier worden. Dit vereist een grote schaal, certificering en infrastructuur voor het transport van waterstof (pijpleiding, trailers). Voor een individuele agrarische biogasinstallatie is de schaal meestal te klein.
Vergelijkend voorbeeld
Aannames: 1000 MWh chemische energie van biogas per jaar (met 55% CH₄).
| Route | Eindenergie van het product | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Opwerking tot biomethaan (verliezen 5–10% energie in het proces) | ca. 900–950 MWh biomethaan | product compatibel met het net |
| WKK: elektriciteit 40% | 400 MWh elektriciteit (+ warmte ca. 40–45%) | warmte vereist een afnemer |
| WKK → elektrolyse | 400 × 0,64 ≈ 256 MWh waterstof (LHV) | laagste rendement |
| Biomethaan → reforming (70%) | 630–665 MWh waterstof (LHV) | veronderstelt industriële schaal |
De verschillen zijn enorm. Waterstof is alleen zinvol als de waarde voor de afnemer, omgerekend naar MWh, aanzienlijk hoger is dan de waarde van biomethaan of elektriciteit.
Beslissingscriteria
- Is er een vaste afnemer van waterstof met een contract?
- Wat zijn de kosten van de gehele keten (productie, zuivering, compressie, opslag, transport)?
- Voldoet de waterstof aan ondersteunings- of premievoorwaarden, en welke regelgevende eisen worden er gesteld?
- Geeft een alternatief (biomethaan, bioCNG) geen beter resultaat?
- Is er technische expertise beschikbaar en is er bereidheid om risico's te accepteren (ATEX, waterstof)?
Veiligheid en formaliteiten
Waterstof heeft een breed ontvlambaarheidsbereik (in lucht ongeveer 4–75% volumetrisch) en een zeer lage ontstekingsenergie, dus waterstofinstallaties vereisen een afzonderlijke risicobeoordeling, Ex-zones, detectie en procedures. Een biogasinstallatie die al ATEX-zones voor biogas beheert, heeft een zekere competentievoorsprong, maar het toevoegen van waterstof betekent nieuwe eisen voor apparatuur, opslag onder hoge druk en bediening. Bij de kosten moeten vergunningen, verzekeringen en trainingen worden opgeteld, waarvan de omvang afhangt van de schaal.
Samenvatting
Voor de meeste biogasinstallaties is waterstof geen natuurlijk product. Zinvolle niches bestaan, maar elk project moet beginnen met een energiebalans en een contract met een afnemer, en niet met de technologie.
Bronnen
Verwante artikelen
