De kostprijs van groene waterstof verlagen met decentrale ammoniakconversie

Waterstofprojecten in Nederland stokken vaak door de hoge kosten. De Levelised Cost of Hydrogen (LCOH), die voor een groot deel bepalend is voor de economische haalbaarheid, vormt een grote barrière in de ontwikkeling van waterstofoplossingen. Deze kosten worden niet alleen bepaald door technologie, maar in belangrijke mate door de manier waarop de waterstofketen is ingericht. Juist daar liggen mogelijkheden om de LCOH aanzienlijk te verlagen, onder meer door decentrale ammoniakconversie. Escher Process Modules, onderdeel van Iv, heeft hiervoor een technologie ontwikkeld om groene waterstof op korte termijn lokaal beschikbaar te maken.

LCOH als bepalende barrière

Waar de industrie behoefte heeft aan klimaatvriendelijke alternatieven, laten marktanalyses zien dat de productiekosten van lokale groene waterstof uit elektrolyse in Nederland variëren tussen de €12,- en €14 per kilogram. Ter vergelijking: de route via geïmporteerde ammoniak brengt de indicatieve kostprijs terug tot minder dan €8 per kilogram waterstof.

Deze hoge kostprijs van lokale waterstofproductie uit elektrolyse wordt in belangrijke mate bepaald door de kosten voor groene stroom (PPA’s), infrastructuur en de schaal van elektrolyse-installaties. Daarnaast vraagt grootschalige elektrolyse om zware netaansluitingen, terwijl netcongestie in delen van Nederland de uitbreiding van elektriciteitscapaciteit beperkt of zelfs onmogelijk maakt. Daardoor blijkt elektrificatie in de praktijk niet altijd haalbaar, ondanks de wens van industrieën om te verduurzamen.

Voor de productie van 1 kilogram waterstof via elektrolyse is doorgaans circa 50 tot 60 kWh elektriciteit nodig. Bij conversie via ammoniak kraken ligt het energieverbruik veel lager, op ongeveer een tiende daarvan. Daarmee neemt de belasting op het elektriciteitsnet voor dezelfde hoeveelheid waterstof sterk af.

De logistieke uitdaging: import versus lokale productie

Een rendabele waterstofbusinesscase begint bij de beschikbaarheid van hernieuwbare energie tegen concurrerende kosten. Daarbij speelt mee dat Europa naar verwachting onvoldoende hernieuwbare energie zal kunnen produceren om volledig in de toekomstige energievraag te voorzien. In Nederland is het aanbod van wind- en zonne-energie bovendien beperkt ten opzichte van de potentiële vraag, waardoor productie in regio’s met een gunstiger klimaat een logische optie is.

Het transport van deze energie over lange afstanden vormt echter een technisch en logistiek knelpunt. Waar transport van waterstof per pijpleiding geografisch beperkt is, en per schip niet aantrekkelijk vanwege de lage energiedichtheid van waterstof, biedt ammoniak (NH₃) als energiedrager een voordeel voor intercontinentaal transport per schip. Ammoniak heeft namelijk een hoge energiedichtheid en kan daarnaast relatief eenvoudig vloeibaar worden gemaakt bij beperkte druk of lage temperatuur. Ter illustratie: voor een equivalent van 100 MWh aan energie is circa 130.000 liter gecomprimeerde waterstof bij 350 bar nodig, tegenover ongeveer 23.000 liter vloeibare ammoniak. Dit resulteert in minder transportbewegingen en daarmee lagere logistieke kosten. Daarmee vormt ammoniak een praktisch alternatief voor het transport van waterstof over lange afstanden.

Ammoniak wordt al meer dan 100 jaar op grote schaal geproduceerd en getransporteerd binnen de chemische industrie. Opslag, transport en handling zijn daardoor technisch volwassen processen, met bestaande procedures, infrastructuur en veiligheidsstandaarden voor het beheersen van risico’s zoals toxiciteit.

Decentrale conversie als strategische keuze

Om groene waterstof op korte termijn beschikbaar te maken voor eindgebruikers zoals transportbedrijven, de binnenvaart en industriële clusters, is een decentrale aanpak de meest praktische oplossing. In plaats van waterstof centraal te produceren en vervolgens complex te distribueren via pijplijn of wegtransport, kan de keten ook anders worden ingericht door de conversie van ammoniak naar waterstof dichtbij de plaats van afnemers uit te voeren.

Escher Process Modules, onderdeel van Iv, heeft een technologie ontwikkeld voor de decentrale conversie van ammoniak naar groene waterstof. Daarbij wordt ammoniak nabij de gebruikslocatie omgezet naar waterstof. Hierdoor kunnen transport van gasvormige waterstof en zware elektriciteitsaansluitingen worden beperkt.

Door de conversie lokaal te organiseren, wordt de behoefte aan grootschalige distributie van waterstof beperkt. Daarmee ontstaat meer flexibiliteit in de inrichting van de infrastructuur en kan met een relatief beperkte netaansluiting alsnog lokaal waterstof beschikbaar worden gemaakt. Dat is relevant in een periode waarin netcongestie op veel locaties de uitbreiding van elektriciteitscapaciteit beperkt. Juist die combinatie van bestaande infrastructuur en logistieke schaalbaarheid maakt ammoniak geschikt als energiedrager voor internationaal transport.

Lagere LCOH met ammoniak kraker

Wanneer deze kostenfactoren samen worden beschouwd, ontstaat een duidelijk beeld van wat nodig is om waterstof op de gebruikslocatie economisch haalbaar te maken. Op die uitgangspunten is de ammoniak kraker van Escher ontwikkeld. De ammoniak kraker verbruikt minder dan een tiende van de energie die nodig is om dezelfde hoeveelheid waterstof lokaal via elektrolyse beschikbaar te maken. Met deze ammoniak kraker kan, afhankelijk van configuratie en randvoorwaarden, een LCOH onder de €8 per kilogram worden gerealiseerd.

Deze decentrale installatie, geconfigureerd als een gestandaardiseerde ‘plug-and-play’ unit, levert waterstof met een zuiverheid van 99,97%, conform de ISO 14687-norm voor brandstofcellen. Het proces splitst de ammoniak in waterstof en stikstof (N₂), waarbij de stikstof na verdere behandeling veilig naar de atmosfeer kan worden uitgestoten. Daarnaast bevat ammoniak geen koolstof, waardoor bij de conversie naar waterstof geen CO₂ vrijkomt.

Door de productie lokaal in te richten, bijvoorbeeld bij tankstations of industriële locaties, kan waterstof beschikbaar worden gemaakt op plekken waar elektrificatie complex is of nog geen waterstofbackbone beschikbaar is. Hierdoor ontstaat een alternatief voor locaties die buiten toekomstige waterstofinfrastructuur vallen of waar grootschalige elektrificatie niet haalbaar is. Daarmee kunnen ook moeilijk te verduurzamen sectoren worden gedecarboniseerd.