artikel

Waterstof of warmtepomp? Alle afwegingen op rij

Techniek

Er is veel aandacht voor de waterstofketel, ook al is die nog nauwelijks beschikbaar. En er is veel aandacht voor warmtepompen, die volop beschikbaar zijn. Wat is de juiste keuze? 

Waterstof of warmtepomp? Alle afwegingen op rij

Dat het wel eens helemaal fout kan gaan met de installatie van een warmtepomp, zoals onlangs duidelijk werd in het consumentenprogramma Radar, is olie op het vuur voor degenen die vooral de nadelen van de warmtepomp willen benadrukken. De warmtepomp is te duur. Kan hoogst irritant geluid voortbrengen. Er moet goed geïsoleerd worden voor een goed resultaat. En tot overmaat van ramp moet in de meeste gevallen ook nog eens geïnvesteerd worden in speciale laagtemperatuur-afgiftesystemen. Verder is het maar te hopen dat de leidingdoorsneden naar die afgiftesystemen op het juiste volume berekend zijn. En dat de installateur de overige componenten in het warmtepompsysteem goed gekozen heeft en het geheel tot slot netjes ingeregeld oplevert.  

Retrofit cv-ketel op waterstof 

Neem dan de hr-ketel op waterstofgas. Dankzij een jarenlange ervaring met aardgas ligt er een prachtige infrastructuur die met weinig moeite geschikt te maken zou zijn voor waterstof. Brandt een reguliere cv-ketel dan op waterstofgas? Nee, maar ook die aanpassing aan de ketel zou niet al te ingewikkeld en bovendien betaalbaar zijn. Eventueel hang je er een nieuwe hr-ketel neer, gemodificeerd af fabriek of zelfs speciaal ontwikkeld voor waterstofgas. Die zal lang niet zo duur zijn als een warmtepomp, want die ketel is verder grotendeels gelijk aan een aardgasketel. Het grote verschil is dat drie keer meer volume waterstofgas door de ketel moet, omdat waterstofgas nu eenmaal een lagere energiedichtheid heeft als aardgas. De rest van de verwarmingsinstallatie kan onveranderd blijven.  

Prototype waterstofketel van Remeha met Marco Bijkerk, Manager Innovative Technologies bij deze ketelleverancier.

Waarom een warmtepomp? 

‘Waarom zou je nog voor warmtepompen kiezen’, zo riep een gemeenteraadslid laatst op een congres over de energietransitie in gemeenten vertwijfeld uit, ‘als er ook waterstof is?’ Zo eenvoudig is het natuurlijk niet. De warmtepomp is een prachtig apparaat dat met een bepaalde hoeveelheid elektrische energie – onder bepaalde voorwaarden  zomaar vier keer meer energie aan warmte uit eelucht- of waterbron het huis in kan pompen. De SCOP (Seasonal Coefficient of Performance, red.) biedt een realistisch beeld op de energie-efficiëntie van een warmtepomp. Niettemin moet het huis goed geïsoleerd zijn en behoren de afgiftesystemen te zijn aangepast aan de lage temperaturen die bij een warmtepomp horen. Die naadloze afstemming maakt het geheel juist zo efficiënt.  

De infrastructuur 

En het argument van het reeds ter beschikking hebben van een prima infrastructuur zoals die bij waterstof wordt gebezigd, gaat hier natuurlijk ook op: we hebben al sinds jaar en dag een prachtig elektrisch netwerk om de warmtepomp te voeden. We kunnen in principe alles elektrisch oplossen. Voordeel van deze zogeheten all electric oplossing is bovendien dat via slimme regelapparatuur (smart grid) de energiehuishouding tussen warmtepomp, zonnepanelen, energieopslag en elektrische auto feilloos op elkaar af te stemmen is.  

Verwarmingselement moet bijstoken 

Zo bezien scoort de warmtepomp weer punten. ‘Maar er is helemaal geen capaciteit op het elektriciteitsnet om al die warmtepompen te laten draaien’, roepen de critici dan in koor. En al helemaal niet op koude dagen als het verwarmingselement moet ‘bijstoken’ om het huis voldoende warm te krijgen. Gelukkig is daar nog de hybride warmtepomp als oplossing, die bijna het gehele jaar voor warmte kan zorgen, met de oude vertrouwde gasketel op de achtergrond om bij te stoken op de koude dagen. Of om warm tapwater te maken.  

Opwek uit zonnepanelen  

Over de capaciteit van het elektrisch netwerk is het laatste nog niet gezegd. Netbeheerders rekenen en werken momenteel hard aan de centrale infrastructuur die toch echt een meer decentraal karakter zal krijgen met veel duurzame opwek uit zonnepanelen en windmolens. Mogelijk zelfs met wijken die nagenoeg zelfvoorzienend zijn met allerlei combinaties van lokale energie-opwek, -opslag en -distributie. De beschikbare capaciteit op het net is vooralsnog een bottleneck. Zo moet netbeheerder Enexis in Groningen en Drenthe ‘nee’ verkopen aan boeren, bedrijven en verenigingen die zonnepanelen op hun daken willen, door een gebrek aan capaciteit op het elektriciteitsnet. 

Onvoldoende capaciteit waterstof 

Overigens gaat het argument: we hebben niet voldoende capaciteit op het elektrische netwerk, zeker op voor waterstofgas. Sterker, eigenlijk kun je wel stellen dat – vooralsnog – geen enkele capaciteit aan waterstof voorhanden is. Groene waterstof dan wel te verstaan. Want als we grijze waterstof gaan verstoken in onze cv-ketels gaan we geen bijdrage leveren aan reductie van de CO2-uitstoot. En dat is toch waarvoor we het allemaal doen.  

Rendement in de keten

Het gaat vermoedelijk nog decennia duren voor er voldoende waterstof is, die met niet al te grote omzettingsverliezen kan worden geproduceerd en betaalbaar is. Maar er zijn niet alleen omzettingsverliezen bij de productie van waterstofgas. Het kost ook energie om waterstofgas te comprimeren, zodat het geschikt is voor transport door het aardgasnetwerk. Over de hele keten gerekend van productie uit duurzame elektriciteit tot aan de verbranding in de ketel, gaat circa de helft van de energie verloren (47%). Vergelijk je dat met een warmtepomp, die doet het dan over de hele keten grofweg een factor 5 beter (263%). In de basis is niets energie-efficiënter dan een warmtepomp, zie onderstaande tabel (klik voor grotere versie) voor een doorrekening van het ketenrendement van de waterstof-hr-ketel, respectievelijk de warmtepomp. 

Ketenrendement waterstofketel versus warmtepomp.

 

Kosten waterstof

Nu zijn er weliswaar allerlei consortia die vooronderzoek doen voor Giga-fabrieken en zelfs al kleine pilotfabrieken bouwen om groene waterstof te produceren. Maar onderzoekers schatten in dat pas rond 2035 groene waterstof kan concurreren met waterstof gemaakt uit aardgas. Ga er maar vanuit dat dindustriële gebruiker vooraan staat in de rij om die groene waterstof af te nemen; de gebouwde omgeving zal een nummertje moeten trekken.  Er zijn vele factoren die de uiteindelijke prijs van waterstof bepalen. Daaronder vallen onder meer de kosten voor de te gebruiken energiebron, zoals elektriciteit. Verder natuurlijk de investering in en operationele kosten van de technische installatie. Waterstof maak je straks voor € 2,17 per kg, zo blijkt uit onderzoek van Enpuls.  

Warmtepomp met brandstofcel 

En over hybride gesproken. Er is nog een hierboven onbesproken variant mogelijk: een innige omhelzing van de warmtepomp met de energiedrager waterstof via de brandstofcel. Een brandstofcel maakt uit waterstofgas warmte en elektriciteit. De warmte kun je direct gebruiken voor gebouwverwarming – al dan niet opgewaardeerd door de warmtepomp –  de elektriciteit kan worden ingezet voor de overige elektrische gebruikers. Liefst maken in deze configuratie de zonnepanelen op het dak via een elektrolyse-apparaat lokaal waterstof om in eigen behoefte van opslag en verbruik te kunnen voorzien. Zo gebruik je bij piekverbruik in de winter, de opgeslagen energie uit de zomer. 

 

Warmtepomp

 

Waterstof-hr-ketel

 

Gaat uitermate efficiënt met energie om Gaat niet efficiënt met energie om
Lage temperatuur verwarming  Hoge temperatuur verwarming 
Elektrische infrastructuur vraagt uitbreiding  Gas-infrastructuur vraagt aanpassing 
Kan eventueel als hybride in combinatie met klassieke cv-ketel op aardgas (of groen gas) worden gebruikt Kan eventueel als hybride oplossing in combinatie met warmtepomp worden gebruikt
Kan in combinatie met brandstofcel worden gebruikt, voor productie van warmte en elektriciteit Kan in combinatie met brandstofcel worden gebruikt, voor productie van warmte en elektriciteit
Buitenunit/compressor kan storend geluid veroorzaken  Maakt geen storend geluid 
Onderhoud complexer en duurder dan traditionele cv-ketel  Onderhoud vergelijkbaar aan traditionele cv-ketel 
Constante temperatuur en hoog comfort  Thermostatische bediening met dag- en nachtprogramma 
Installateurs moeten worden opgeleid voor nieuwe (warmtepomp)technologie  Installateurs kunnen grotendeels een beroep doen op bestaande kennis van cv-ketels 
Er zijn subsidies beschikbaar voor aanschaf en installatie van warmtepompen Er zijn subsidies beschikbaar voor innovatietrajecten met (onder meer) waterstof  
Goede isolatie enorm belangrijk   Goede isolatie aan te bevelen, maar niet noodzakelijk 
Vergt speciale radiatoren of vloer-, wand- of -plafondverwarming  Kan gebruiken maken van standaard radiatoren en/of vloerverwarming 
Vergt extra ruimte binnen en buiten, voor boiler, buffervat en buitenunit  Vergt dezelfde ruimte als een klassieke cv-ketel 
Levert CO2-reductie op, tot 100% bij gebruik van groene elektriciteit  Levert CO2-reductie op, tot 100% bij gebruik van groene waterstof 
Installatie en isolatie kan ingrijpend zijn   Installatie is relatief eenvoudig 
Relatief dure oplossing (de uitbreiding van het elektriciteitsnetwerk buiten beschouwing latende)  Relatief betaalbare oplossing (de productie van waterstof buiten beschouwing latende) 
Is als apparaat volop beschikbaar in de markt  Is als apparaat niet/nauwelijks beschikbaar 
Elektriciteit is reeds voldoende beschikbaar  Waterstofgas is voorlopig niet voldoende beschikbaar 
Een warmtepomp kan koelen  Een waterstofketel kan niet koelen 

 

Er is geen beste oplossing 

De moraal van dit verhaal? Er spelen vele variabelen in het spel; er is geen beste oplossing, simpelweg omdat een deel van die variabelen dynamisch is en de ene keer gekoppeld aan de technische stand van zaken, een ander moment aan een politiek besluit en soms zelfs beïnvloed wordt door relatief eenzijdige berichtgeving over falende warmtepompen in een tv-programma als Radar of populistische berichtgeving in andere media. Duidelijk is ook dat zolang groen waterstofgas niet in grote volumes wordt geproduceerd, de waterstofketel redelijk kansloos is. En een toekomst met waterstofgas vraagt derhalve vergaande besluiten die minimaal op provinciaal en liefst op landelijk niveau worden genomen. Als die regie er niet is, ligt het voor de hand om kleinschaligere oplossingen te kiezen, zoals warmtepompen. 

Produceren, transporteren en verbruiken 

Het gaat dus niet alleen om de keuze van de oplossing bij de eindgebruiker, maar om een keten van produceren, transporteren en verbruiken. Vraag en aanbod moeten in die keten naadloos op elkaar worden afgestemd, zodat er op het juiste moment de juiste hoeveelheid energie in de juiste vorm op de juiste plek is. Nu en in de toekomst. Ook dat gaat niet zonder regie, zoals die er ook tot in de puntjes was met centraal geregelde toevoer van gas en elektriciteit. Het verleden was centraal en beheersbaar, de toekomst is decentraal en complex. 

 

Reageer op dit artikel