Waterstof op weg naar de praktijk - Ecn

Waterstof
op weg naar de praktijk
Verslag van de dag “Waterstof voor Bestuurders en Beleidsambtenaren”
georganiseerd door ECN en JRC-IE op 6 april 2006 te Petten.
ECN
JRC
Frank de Bruijn
Marc Steen

Onder redactie van:
Frank de Bruijn
Diederik van der Hoeven
Marc Steen
Met dank aan:
Fiona Montijn-Dorgelo
Dit is een uitgave van:
Aanbevolen door:

Voorwoord
Waterstof is vandaag de dag een veelbesproken onderwerp. Sommigen zien
het als een totaaloplossing voor alle problemen die voortkomen uit het gebruik
van Fossiele Brandstoffen. Anderen als een onrealistische droom van technici
die alleen maar tot energieverspilling kan leiden.
Er worden rond het thema waterstof veel conferenties georganiseerd voor een
technisch publiek, en voor de zogenaamde "stakeholders", de partijen die een
economisch belang hebben in de sectoren waar waterstof toegepast kan
worden, of die de technologie ontwikkelen die nodig is voor de inzet van
waterstof in onze samenleving.
Grootschalige inzet van waterstof vereist naast nieuwe technologie ook
opbouw van infrastructuur, maatschappelijke acceptatie en nieuwe
regelgeving. Omdat de voordelen van inzet van waterstof met name op de
lange termijn liggen, bestaat de neiging om er nog maar niet aan te beginnen.
Er aan beginnen betekent namelijk kosten maken. De ontwikkeling van zowel
de toepassingen als de infrastructuur voor waterstof vergt veel tijd en geld. Nu
beginnen aan structurele oplossingen voor onze problemen met stedelijke
luchtverontreiniging, de zekerheid van onze energievoorziening en de
opwarming van ons klimaat vereist visie en daadkracht. Eén ding staat in
ieder geval vast: de overheid speelt een cruciale rol bij de verdere introductie
van waterstof in onze maatschappij, zowel op nationaal, regionaal en lokaal
vlak.
Op 6 april 2006 werd daarom speciaal voor deze overheden een
"Waterstofdag voor Bestuurders" georganiseerd door het Energieonderzoek
Centrum Nederland en het Gemeenschappelijk Centrum voor Onderzoek van
de Europese Commissie. Deze dag werd bezocht door meer dan 100 mensen
van provincies, gemeenten, ministeries en brandweer. Naast lezingen over de
algemene achtergrond, veiligheid en regelgeving, hoorden zij ook hoe
waterstof nu al wordt toegepast in de mobiele sector en in de gebouwde
omgeving. Het unieke karakter van deze dag blijkt uit het feit dat de dag
officieel is aanbevolen door de Implementatie en Liaison Commissie van de
IHPE, het Internationale Partnership voor de Waterstofeconomie
(www.IHPE.net), als een IHPE-evenement.
Iedereen was daarnaast in de gelegenheid zelf te rijden in een
brandstofcelauto van Daimler Chrysler, en werkende brandstofcelsystemen te
aanschouwen die in noodstroom kunnen voorzien.
Dit boekje geeft een overzicht van deze dag, en is zowel bedoeld voor de
bezoekers van deze dag als voor ieder ander die geïnteresseerd is in de rol
die waterstof kan spelen in onze toekomstige energiehuishouding.
Frank de Bruijn Marc Steen
Energieonderzoek Centrum
Nederland
Gemeenschappelijk Centrum voor Onderzoek
Europese Commissie

Waterstof - inleiding
Frank de Bruijn
Unitmanager Waterstof en Schoon Fossiel
Energieonderzoek Cenrum Nederland
Wat is Waterstof?
Waterstof is het lichtste element op aarde. Het is een kleurloos, reukloos, niet
giftig gas. Bij kamertemperatuur en een normale luchtdruk weegt 10 liter
waterstofgas slechts 0.9 gram. Als het brandt is de vlam onzichtbaar, tenzij andere
verontreinigingen in de vlam aanwezig zijn. De engelse naam, Hydrogen, verwijst
naar het Griekse Hydro (water), en Genes(vormend), omdat de reactie van
waterstof en zuurstof tot de vorming van water leidt.
Figuur 1 . Waterstofvlam. Foto: Sandia National Labs, USA.
Reeds lang geleden werd waterstof ontdekt, in 1766 door Henry Cavendish. Het
zijn vooral de chemische eigenschappen van waterstof die maken dat waterstof
vandaag de dag in veel processen gebruikt wordt. Omdat waterstof zich makkelijk
aan zuurstof bindt, wordt het gebruikt om metalen in hun puur metallische
toestand te brengen, vrij van oxides (roest). Ook wordt waterstof gebruikt om
olieën en vetten te behandelen, zodat ze vast worden bij kamertemperatuur. Een
ander proces waarin veel waterstof gebruikt wordt is de productie van benzine,
met als doel deze steeds schoner te maken, en beter geschikt voor volledige
verbranding in de automotor.
Waterstof kan daarnaast ook zelf als brandstof worden gebruikt, vergelijkbaar met
de toepassing van andere gasvormige brandstoffen. Dit kan zowel voor
vervoerstoepassingen, als voor opwekking van elektriciteit en warmte. In
vergelijking met andere brandstoffen, zoals aardgas, LPG, benzine, diesel en
kolen zijn er zowel evidente voordelen als nadelen aan het gebruik van waterstof
verbonden.
Een belangrijk verschil met veel andere brandstoffen is dat waterstof een
energiedrager is en geen primaire energiebron: waterstof zal gemaakt moeten
worden uit een andere beschikbare bron. In dat opzicht is waterstof vergelijkbaar
met elektriciteit.

Vergelijking met andere brandstoffen
Waterstof is in vergelijking met nu gangbare brandstoffen moeilijk hanteerbaar. Dit
wordt veroorzaakt door de lage volumetrische dichtheid van waterstof bij
atmosferische omstandigheden. Opslag en transport van waterstof wordt door
deze lage dichtheid bemoeilijkt, en kost relatief veel energie [1]. Zo heeft vloeibaar
waterstof een hoge volumetrische energiedichtheid, maar om waterstof vloeibaar
te maken moet zij afgekoeld worden tot -253 ºC. Dit koelen kost tot ca 30% van de
energieinhoud van waterstof. Ook het koel houden vergt zeer goede isolatie van
de opslagtank. Comprimeren van waterstof tot een druk van 350 tot zelfs 700 bar
leidt ook tot een hoge volumetrische energiedichtheid, maar kost ca 15 - 25% van
de energieinhoud van de waterstof. Daarom zijn alternatieve opslagtechnieken in
ontwikkeling die minder energie vergen. Opslag in de vorm van metaalhydriden,
zoals ook al toegepast in nikkel-metaalhydride batterijen, is hier een voorbeeld
van.
Tabel 1. Eigenschappen van waterstof in vergelijking met aardgas en benzine
Waterstof Methaan
(aardgas)
Benzine
Smeltpunt (atm druk), ºC - 259 [13] - 183 [15] - 20 [15]
Kookpunt (atm druk), ºC - 253 [15] - 161 [15] 38 - 205 [15]
relatieve dichtheid gas (lucht =1) 0.07 [15] 0.6 [15] 4 [15]
relatieve dichtheid vloeistof (water =1) 0.070 [13] 0.5 [14] 0.7 - 0.8
[15]
verbrandingswaarde LHV
(Lower Heating), MJ/kg
120 [14] 50 [14] 44.5 [14]
verbrandingswaarde LHV
(Lower Heating), MJ/l (atmosferisch)
0.010 [14] 0.0325 [14] 31.1 [14]
Vlampunt (ºC) brandbaar gas brandbaar gas < - 20 [15]
Waarom waterstof?
De belangrijkste redenen om ondanks de nadelen van waterstof ons toch voor te
bereiden op wijd gebruik van waterstof, zijn:
- het steeds schaarser worden van fossiele bronnen, en de afhankelijkheid
van politiek instabiele regio's voor het verkijgen van deze bronnen
- de met het gebruik van fossiele bronnen gepaard gaande emissies van
CO2
- de lokale luchtverontreiniging die veroorzaakt wordt door gebruik van
fossiele bronnen in met name vervoerstoepassingen
Schaarste aan fossiele bronnen
Met de nu bekende reserves aan olie kunnen we met het huidige verbruik nog zo'n
40 jaar voort [2]. Zo'n 40 jaar moet natuurlijk in perspectief geplaatst worden: in
1980 konden we met de toen bekende reserves nog 30 jaar mee met het
toenmalige verbruik. De komende jaren zullen uiteraard weer nieuwe reserves
ontdekt worden. De algemene overtuiging wordt echter steeds meer dat er een
eind komt aan wat men goedkope olie noemt. Dit is de makkelijk winbare olie die
tegen lage productiekosten beschikbaar komt. Daarnaast is er moeilijk winbare
olie, vervat in teerzanden. Deze is in grote voorraden beschikbaar in onder andere
Canada. Het winnen ervan wijkt sterk af van die van conventionele olie, en gaat

gepaard met groot verbruik van water en energie, en er komt bij de omzetting naar
brandstoffen ca 25% meer broeikasgassen vrij dan bij conventionele aardolie [3].
De transportsector, zowel het wegverkeer als ook water en luchtverkeer, is nu
geheel aangewezen op aardolieprodukten. Met het schaarser worden van aardolie
wordt de interesse in alternatieve brandstoffen steeds groter. Een belangrijk
politiek aspect hierbij is dat een steeds groter deel van de olievraag gedekt wordt
door levering vanuit instabiele regio's. Daardoor groeit de behoefte aan
brandstoffen die door de consumerende landen zelf geproduceerd kunnen
worden, dan wel gewonnen worden uit bronnen die beter geografisch verspreid
zijn.
CO2 emissies
De relatie tussen de gemeten stijging van de atmosferische CO2 concentraties
sinds de industriële revolutie en de temperatuurstijging als gevolg daarvan staat
nauwelijks meer ter discussie, evenmin als de invloed van het gebruik van fossiele
brandstoffen hierop. Klimaatmodellen, zoals het KNMI onlangs heeft gepubliceerd
[4], voorspellen voor de periode 2050 tot 2100 naast deze gemiddelde
temperatuurstijging diverse effecten, zoals frequenter optreden van intensieve
regenval, extreem warme dagen, en stijging van de zeespiegel. Op mondiale
schaal neemt ook de kans op zeer zware orkanen toe [5], die ieder voor zich
zowel grote aantallen slachtoffers als ook enorme economische schade met zich
mee brengen. Zo is de schade van orkaan Katrina door verzekeraars vastgesteld
op 38 miljard Amerikaanse dollars [6].
De Europese Unie heeft als doel gesteld de wereldwijde temperatuurstijging te
beperken tot 2 °C, wat wordt gezien als een stijging waarbinnen de effecten nog
enigszins te overzien zijn [7]. Om dit te bereiken, dienen de CO2 emissies in de
huidige geïndustrialiseerde landen gereduceerd te worden met ca. 30-50% in
2050 [8]. Tegelijkertijd dienen opkomende landen als China en India meteen te
beginnen met lage emissie-technologie.

Lokale luchtverontreiniging
Het gebruik van fossiele brandstoffen in verbrandingsprocessen leidt naast de
emissie van kooldioxide tot emissie van stikstofoxiden, fijn stof, onverbrande
vluchtige koolwaterstoffen, koolmonoxide en zwaveloxiden. Deze emissies hebben
ieder voor zich schadelijke effecten op de menselijke gezondheid en het milieu.
Het directe verband tussen luchtverontreiniging en de gezondheid valt alleen uit
statistische gegevens te herleiden. Uit deze statistische verbanden valt af te
leiden dat lokale luchtverontreiniging leidt tot verhoogde sterftecijfers en
verhoogde ziekenhuisopnameaantallen. Feit is dat in Nederland op veel locaties
niet voldaan wordt aan de voor de volksgezondheid vastgestelde emissienormen
voor fijn stof [9].
Figuur 2. Twee voorbeelden van luchtverontreiniging door het vervoer. Links: smogvorming in
Parijs. Rechts: NOx emissies in Europa. Geel en rood geven hoge tot zeer hoge concentraties van
NOx weer.
Hoe kan waterstof hierin helpen?
Voorzieningszekerheid
Waterstof is een energiedrager die uit veel verschillende bronnen gemaakt kan
worden, zie figuur 3. Met deze waterstof kan het vervoer van brandstof worden
voorzien. Waterstof is dan een brandstof waarmee derhalve auto's kunnen rijden
op windenergie, zonne-energie, biomassa, kolen, aardgas, kernenergie en
waterkracht, zonder dat we telkens een andere motor nodig hebben. Voor het
vervoer zijn we dan opeens veel minder afhankelijk geworden van aardolie.
Daarnaast kan met waterstof ook elektriciteit en warmte worden geproduceerd
voor de gebouwde omgeving.
Omdat waterstof uit zeer veel bronnen gemaakt kan worden, biedt het de
mogelijkheid om een veel flexibelere energiehuishouding te creëren dan onze
huidige, waarin aardolie voor het vervoer, aardgas voor huishoudelijk gebruik en
aardgas en kolen voor centrale elektriciteitsopwekking domineren.
Klimaat
Omdat waterstof zelf geen koolstof bevat, vindt bij de omzetting ervan geen
emissie van kooldioxide plaats. Het is de primaire energiebron waaruit de
waterstof wordt gemaakt en het rendement van de gehele keten van bron tot
eindgebruik, die bepaalt hoeveel kooldioxide uiteindelijk vrijkomt.
De energiebron die nu het meest in aanmerking komt om waterstof uit te
produceren is aardgas. Dat is een fossiele bron met een hoge waterstof/koolstof
verhouding, waardoor de waterstofopbrengst hoog is en de kooldioxide uitstoot
relatief laag. De aardgas voorraad is groot, ten opzichte van de voorraad aan olie.
Indien de geproduceerde CO2 wordt afgevangen, dan is deze waterstof
klimaatneutraal.

Op de langere termijn is het aantrekkelijk waterstof uit andere bronnen te maken.
Dit kunnen hernieuwbare bronnen zijn, zoals windenergie, zonne-energie en
biomassa, of kolen en nucleaire energie. Waterstof uit kolen is vanuit het oogpunt
van klimaatbeleid alleen verantwoord als het daarbij vrijkomende kooldioxide
wordt afgevangen en opgeslagen. Waterstof uit nucleaire energie is weliswaar
klimaatneutraal, maar gaat wel gepaard met de productie van radioactief afval.
Stedelijke luchtkwaliteit
Een zeer belangrijk voordeel van waterstof is dat bij de omzetting ervan naar
kracht en warmte, er veel minder tot geen schadelijke stoffen geproduceerd
worden. Hierdoor kan waterstof een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van
de luchtkwaliteit. Met name bij gebruik in de vervoerssector kunnen de emissies
van fijn stof, stikstofoxiden en onverbrande koolwaterstoffen sterk gereduceerd
worden.
Waterstof als onderdeel van de gehele energieketen
Er zijn vele mogelijkheden om waterstof te produceren, te distribueren en in te
zetten. De keuze voor de bronnen worden onder andere bepaald door de
beschikbaarheid en kosten van de diverse bronnen, en wat voor andere
toepassingen er zijn voor de betreffende bron. Zo kan men middels elektrolyse
waterstof maken uit windenergie, maar dezelfde windenergie kan ook direct als
elektriciteit gebruikt worden. Dit laatste leidt over het algemeen tot grotere
energiebesparing dan de waterstofroute.
Bij het maken van waterstof wordt niet alle energie van de oorspronkelijke bron
omgezet in waterstof. Dit verlies moet later gecompenseerd worden door hogere
rendementen in de omzetting, of door andere voordelen.
De wijze van transport en distributie wordt voornamelijk bepaald door de afstand
tussen productie en gebruik, en de te vervoeren hoeveelheid waterstof.
Het transport van waterstof over grote afstanden gaat gepaard met grote
energieverliezen. Het is daardoor niet waarschijnlijk dat aan de ene kant van de
aarde de waterstof gemaakt wordt, om vervolgens naar de andere kant van de
wereld vervoerd te worden. Hoe korter de vervoersafstand, des te minder de
verliezen.

Kolen
Kooldioxide
Opslag
Aardolie
produkten
Vervoer
Weg/water/lucht
Figuur 3. De waterstofketen.
Zon
Wind
Nucleair
Het gebruik van waterstof zal voornamelijk plaatsvinden in het vervoer, en in de
gecombineerde opwekking van warmte en kracht. Wanneer waterstof beschikbaar
is, kan hiervan het meest efficiënt gebruik gemaakt worden door het inzetten van
brandstofcellen. De brandstofcel is, net als een batterij, een apparaat waarmee
direct elektriciteit gemaakt wordt uit twee stoffen die gescheiden van elkaar
omgezet worden. In het geval van de brandstofcel op waterstof en lucht komt
slechts water als afvalproduct vrij. Het omzettingsrendement in de brandstofcel is
hoog, typisch zo’n 50% of meer.
Pt/C
H 2
O 2
Aardgas
LPG
Waterstof
Biomassa
Opslag/Transport/
Distributie
O-O
H-H H H + + e -
O + 2 H + + 2 e -
Gebouwde Omgeving
Industrie
Figuur 4. Basisprincipe van een brandstofcel (PEMFC). Waterstof en zuurstof (lucht) reageren
gescheiden van elkaar en produceren elektrische stroom en water.
Door de combinatie van waterstof en brandstofcellen in het vervoer worden veel
voordelen in één keer geboekt: het vervoer wordt schoon, stil en zuinig. De
brandstofprijs wordt niet meer bepaald door de prijs van ruwe olie, en ook als de
olie opraakt kunnen we blijven rijden.
Men kan ook waterstof omzetten in verbrandingsmotoren. Hiermee wordt
weliswaar een aantal van de genoemde winstpunten ook geboekt, maar over het
H +
e-
H 2 O
Totale reactie: 2 H 2 + O 2 → 2H 2O + elektriciteit + warmte

algemeen in mindere mate. Het omzettingsrendement zal lager zijn, er blijven
emissies plaatsvinden van stikstofoxiden, en omdat smeerolie nodig blijft zal ook
een deel van de vervuiling met koolwaterstoffen en deeltjes plaats blijven vinden.
Ook zal het vervoer niet stiller worden als auto's gebruik blijven maken van interne
verbrandingsmotoren.
Voor de onderlinge vergelijking van diverse opties nu en in de toekomst naar
energiegebruik en CO2-produktie voert men ketenanalyses uit. In deze analyses
wordt voor alle stappen in de keten uitgerekend hoeveel energie verloren gaat en
hoeveel CO2 geproduceerd wordt.
Om een auto op benzine te laten rijden moet ruwe aardolie gewonnen worden,
deze wordt bijvoorbeeld per olietanker naar een raffinaderij vervoerd, alwaar
benzine geproduceerd wordt. Deze benzine wordt per tankauto naar de
benzinepomp gebracht, en getankt door de gebruiker van de auto. In deze hele
keten gaat nu gaat ongeveer 12% van de energie verloren, wat relatief weinig is.
Het rijden op de benzine met een verbrandingsauto is juist weer heel inefficiënt,
minder dan 20% van de energie van de benzine in de tank wordt omgezet in de
bewegingsenergie van de auto. Een dergelijke ketenanalyse kan voor iedere
toepassing met een bepaalde brandstof gedaan worden, dus ook voor het koken
op aardgas, of dat uit Slochteren komt of uit Rusland.
Voor toepassingen op waterstof kan men dit ook doen. De productie van de
waterstof uit een bepaalde bron, de opslag en distributie van waterstof, en het
gebruik ervan in een brandstofceltoepassing of verbrandingstoepassing gaan stap
voor stap gepaard met energieverliezen.
In onderstaande figuur is de vergelijking weergegeven hoe voor dezelfde rit van
100 km het energiegebruik, de CO2 emissies en de emissies van schadelijke
stoffen eruitzien voor een auto met verbrandingsmotor op benzine en een
brandstofcelauto op waterstof. Hieruit blijkt dat ondanks de energie die verloren
gaat bij de productie van waterstof, de hoeveelheid benodigde energie, en de
emissies van CO2 beduidend lager zijn dan voor de auto op benzine. Dit komt
door het beduidend lagere energiegebruik van de brandstofcelauto per gereden
kilometer in vergelijking met de auto met verbrandingsmotor op benzine.
Benzine auto
Primaire Energie
CO2 emissies
Lokale emissies
CO ; NOx ; HC
Brandstofcelauto op waterstof
Primaire Energie
CO2 emissies
Lokale emissies
CO ; NOx ; HC
283 MJ
21 kg
48 g ; 3 g ; 3 g
196 MJ
11 kg (aardgas) of 2 kg (biomassa)
of 0 kg (windenergie)
0 g ; 0 g ; 0 g
Figuur 5 . Vergelijking van energiegebruik, emissies van CO2 en lokale emissies per 100 km voor
een benzine auto(status 2010) en een brandstofcelauto(hybride) op waterstof. Energiegebruik en
CO2 emissies op basis van studie General Motors [10], lokale emissies op basis van
emissiedatabank VITO [11].

De waterstofeconomie - wat is dat?
Onder een waterstofeconomie verstaat men een samenleving waarin het
energiegebruik op grote schaal gebruik maakt van waterstof als energiedrager.
Typische kenmerken, zoals geïllustreerd in Figuur 6, zijn:
- het vervoer gebruikt waterstof als brandstof, doorgaans met behulp van
brandstofcellen
- elektriciteit wordt decentraal opgewekt in de vorm van warmte-kracht opwekking,
op niveau van woningen en kantoren
- waterstof wordt gemaakt uit windenergie, zonne-energie, en fossiele
brandstoffen waarbij het kooldioxide wordt opgeslagen
- energiegebruik in het vervoer en in huis worden op een slimme manier
gecombineerd. De auto kan thuis getankt worden met de thuis beschikbare
waterstof. Maar de auto kan ook elektriciteit leveren aan het huis.
Figuur 6. Voorbeeld van een waterstofeconomie. Bron: www.GII.com
De geschetste beelden rond de waterstofeconomie zijn doorgaans alomvattend,
en schetsen een ideaalbeeld. Soms wordt voorbijgegaan aan fundamentele
barrières.
Zo'n alomvattende waterstofeconomie is nog ver weg, en komt er misschien wel
nooit. Waar onze samenleving om vraagt is een rationeel, efficiënt gebruik van
energie, met zo min mogelijk uitstoot van kooldioxide en andere schadelijke
gassen, en een zo laag mogelijk gebruik van schaarse bronnen. Deze toekomstige
samenleving kan gebruik maken van twee universele energiedragers, elektriciteit
en waterstof.
Onze huidige energievoorziening is gebaseerd op niet-schaarse bronnen en het
zo volledig mogelijk gebruik maken van de productiecapaciteit. Dit kan zolang de
bronnen op ieder moment beschikbaar zijn, en reservecapaciteit beschikbaar is
voor het uitvallen van een deel van de productiecapaciteit.
We moeten er rekening mee houden dat het energieaanbod schaars wordt, of dat
aanbod nu afkomstig is van fossiele bronnen of van hernieuwbare bronnen.

Wanneer energiebronnen schaars en dus duur zijn, en niet op elk moment
beschikbaar, dan zou onze energievoorziening misschien gekenmerkt moeten
worden door een veel grotere productiecapaciteit; deze wordt alleen dan benut
wanneer de meest optimale bron op dat moment ingezet wordt. Wanneer het
waait wordt alle windenergie benut, en staan andere flexibele productie-eenheden
stil. Waait het onvoldoende, dan worden productie-eenheden ingezet waarvan de
brandstof gebufferd kan worden.
Dit kan ertoe leiden dat in het elektriciteitsgebruik voorzien wordt door
windenergie, zonne-energie en kernenergie, zonder enige tussenkomst van
waterstof. Bij verdergaande invoering van energiezuinige woningen, gebruik van
warmtepompen en dergelijke, gaat waterstof wellicht ook geen rol spelen bij de
verwarming van woningen.
Het vervoer heeft echter weinig andere lange termijn toekomstperspectieven dan
waterstof als schone brandstof. Geen andere energiedrager is zo universeel
toepasbaar in het vervoer als waterstof. Biobrandstoffen hebben als nadeel dat
ook zij maar uit één bron geproduceerd kunnen worden. Verbranding van
biobrandstoffen in verbrandingsmotoren levert evenzo schadelijke emissies op als
stikstofoxiden, koolwaterstoffen, en kooldioxide. Biobrandstoffen zijn slechts dan
klimaatneutraal wanneer een even grote hoeveelheid kooldioxide door nieuwe
teelt wordt opgenomen. De benodigde landbouwgrond mag niet ten koste gaan
van landbouwgrond voor voedingsgewassen, zolang een significant deel van de
wereldbevolking lijdt onder voedselschaarste.
Anno 2006 is een aantal aspecten van de waterstofeconomie technisch
gedemonstreerd. Stadsbussen die gebaseerd zijn op brandstofcellen en die
waterstof als brandstof tanken, rijden in de reguliere dienstregeling in tien grote
steden, waaronder Amsterdam.
Figuur 7. Links: Brandstofcelbus (Daimler Chrysler) in de dagelijkse dienstregeling in Amsterdam.
Rechts: waterstoftanken op de GVB busremise in Amsterdam Noord.
Fotoos: René van den Burg

Wereldwijd rijden tientallen brandstofcelpersonenauto's rond op waterstof. In de
USA wordt zelfs door een gezin een brandstofcelauto op waterstof geleased voor
500 euro per maand. Dit is ongetwijfeld slechts een fractie van de werkelijke
kosten.
Figuur 8. Leaseauto van Honda in de USA (links) en het tanken van waterstof door de consument
(rechts)
Stationaire opwekking van elektriciteit en warmte wordt in demonstratieprojecten
met brandstofcellen gerealiseerd. Meestal zijn dit installaties die de waterstof ter
plekke maken uit aardgas, of afvalgas van rioolwaterzuiveringen.
Technisch haalbaar nu wil echter niet zeggen dat deze toepassingen ook
economisch toepasbaar zijn.
Figuur 9 . Stationaire brandstofcel (Fosforzure brandstofcel van UTC) van 200 kW voor de
productie van elektriciteit en warmte. De waterstof wordt in de installatie gemaakt uit aardgas.
Bij de technische haalbaarheid moet de kanttekening gemaakt worden dat
levensduur en robuustheid van de technologie verbeterd moeten worden. Een
autobezitter wenst geen concessies te doen op deze gebieden ten opzichte van
de auto die hij nu rijdt. De auto moet altijd starten, en in korte tijd op vol vermogen
kunnen rijden. Of dat nu bij temperaturen ver onder nul is, of bij 35 ºC een
berghelling op.
Ook de toekomstige bezitter van een warmtekrachtinstallatie is nu gewend aan
grote leveringszekerheid van elektriciteit en warmte. Alleen bij hoge uitzondering
valt de elektriciteit in Nederland uit, de aardgasvoorziening is nog betrouwbaarder.
En het mag voor de consument natuurlijk niet duurder zijn dan de huidige
technologie.
Om de gebruikers over te laten stappen op nieuwe technologie, moeten deze
meerwaarde geboden worden geboden ten opzichte van de huidige technologie.
Voor het milieu zijn gebruikers niet bereid meer te betalen, of zelfs bij gelijke
kosten over te stappen.
Toepassing van brandstofcellen in het vervoer stelt de gebruiker in staat
elektriciteit te gebruiken als de motor uit staat. Voor personenauto's betekent dat

ijvoorbeeld dat de airconditioning aan kan blijven bij stilstand, of dat de auto
elektriciteit levert op de camping. Voor vrachtauto's betekent het dat de koelwagen
gekoeld kan worden zonder het bijzonder ongunstige stationair draaien van de
motor.
Toepassing in de stationaire elektriciteits- en warmteopwekking geeft de gebruiker
gelijktijdig een noodstroomvoorziening. Dit is voor de zakelijke gebruiker van direct
commercieel belang, voor de huishoudelijke gebruiker in Nederland wellicht iets
minder.
Wat in elk geval nodig is voor grootschalig waterstofgebruik is een dekkende
waterstofinfrastructuur. De ervaring van oliemaatschappij BP is dat consumenten
pas overschakelen op een nieuwe brandstof, wanneer deze op 20-30% van de
tankstations beschikbaar is [12]. Nederland telt zo'n 3750 tankstations.
Voor waterstof betekent dit dat minimaal 1000 stations waterstof moeten
aanbieden. Dat kan in verschillende vormen, bijvoorbeeld vloeibaar waterstof,
waterstof op 350 bar en op 700 bar. De vraag is of deze verscheidenheid
economisch haalbaar is, of dat tegen de tijd dat grootschalige introductie
plaatsvindt, een keuze gemaakt moet worden tussen deze varianten.
Het tankstation zelf kan weer op verschillende manieren bevoorraad worden met
waterstof. Zo is voorstelbaar dat de grote tankstations aan de snelwegen voorzien
worden middels een waterstofpijpleiding, terwijl kleinere stations op locatie
waterstof maken uit aardgas, of middels elektrolyse. Ook is het mogelijk dat
tankstations bevoorraad worden met tankwagens, die vloeibare waterstof
bevatten.
Voor stationair gebruik kan afhankelijk van de grootte van de installatie de
waterstof op locatie gemaakt worden of aangevoerd worden. Vanwege grotere
beschikbare ruimte en lagere dynamiek van de systemen, is het in veel gevallen
mogelijk de waterstof te produceren waar hij nodig is. Hierdoor kan introductie van
brandstofcellen en waterstof plaatsvinden zonder een uitgebreide infrastructuur
van waterstof.
De redenen om over te stappen op waterstof, zijn met name de problemen die pas
op lange termijn urgent worden, zeker voor de burger. Het gaat daarnaast om
maatschappelijke problemen, niet zozeer om individuele. Het grootschalige
gebruik van waterstof is eerder een kwestie van decennia dan van jaren. Maar om
op tijd klaar te zijn voor dit grootschalige gebruik, moet wel op korte termijn actie
genomen worden.
De betrouwbaarheid van de technologie moet verbeterd worden door toepassing
in de praktijk. Productiecapaciteit moet opgebouwd worden, de infrastructuur
ontworpen en gebouwd. Voor de eerste demonstraties en praktijktoepassingen
moet de regelgeving op orde zijn.
Juist omdat de burger als consument zich laat leiden door zijn korte termijn
behoeften, en ook de meeste bedrijven winstgevendheid van hun bedrijfsvoering
op korte termijn laten prevaleren, is voor de overheid een belangrijke taak
weggelegd om de ontwikkeling van een waterstofeconomie op gang te brengen,
en kaders te scheppen voor de algehele inrichting ervan.
Voor industrieën is het belangrijk te weten hoe op de lange termijn de condities
zijn waaronder hun producten op de markt gebracht kunnen worden.
Belastingregimes, subsidieregelingen, regelgeving en standaardisatie, zijn

allemaal zaken die bepalen of nieuwe toepassingen wel of niet snel
geïntroduceerd kunnen worden. Als de overheid wil dat schone technologie
gebruikt wordt, moet zij òf schone technologie subsidiëren, òf vervuilende
technologie belasten. Bij het aanbesteden van het openbaar vervoer zou inzet van
schone bussen beloond moeten worden, en niet alleen de prijs doorslaggevend
moeten zijn.
Op het gebied van infrastructuur is een belangrijke rol voor de overheid
weggelegd. Als zij wil voorkomen dat drie verschillende, niet op elkaar
aansluitende, distributiewijzen ontstaan, is het zaak dat de overheid zelf een
standaard ontwikkelt. Grootschalige infrastructuur vereist een zodanig grote
investering, dat deze het vermogen van private partijen overstijgt. Net als overige
infrastructurele investeringen zal ook de overheid de infrastructuur van waterstof
voor haar rekening moeten nemen.
En tenslotte moet de overheid natuurlijk het goede voorbeeld geven bij aanschaf
van installaties en voertuigen.
Figuur 10. Mogelijke waterstofinfrastructuur in het jaar 2050. Een landelijk dekkend leidingwerk
zorgt voor beschikbaarheid van waterstof in tankstations voor auto's. De waterstof wordt vanuit
verschillende bronnen geproduceerd en gevoed in dit leidingnet.

Referenties
[1] B. Eliasson en U. Bossel, in Proceedings of the Fuel Cell World, Lucerne, 1-5 July 2002,
ed. M. Nurdin, European Fuel Cell Forum, Oberrohrdorf, Switzerland, 2002, p.367.
[2] BP Statistical Review of World Energy 2005, www.bp.com.
[3] The Economist, June 28th, 2003.
[4] KNMI '06 scenario's, www.knmi.nl/klimaatscenarios
[5] National Geographic, September 2004.
[6] The Economist, June 8th, 2006.
[7] Commission of the European Communities, COM(2005) 35 final
[8] M.G.J. den Elzen, M. Meinshausen, MNP Report 728001031/2005
[9] Zie http://www.rivm.nl/milieukwaliteit/lucht/
[10] GM Well to Wheel Analysis of Energy Use and Greenhouse Gas Emissions of Advanced
Fuel Vehicle Systems - a European Study, L-B Systemtechnik GmbH, Ottobrun, 27 Sept
2002. www.lbst.de/gm-wtw
[11] Emissiedatabank VITO: www.emis.vito.be
[12] www.bp.com
[13] Handbook of Chemistry and Physics, 64th edition (1983-1984), ed. R.C.
Weast , CRC Press, Boca Raton, Florida.
[14] Hydrogen Properties, College of the Desert, rev.0, December 2001, beschikbaar op
http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/tech_validation/h2_manual.html.
[15] Chemiekaarten, versie 2006.

Waterstof en veiligheid
Nico Versloot
Programmaleider Procesveiligheid en gevaarlijke stoffen
TNO Defensie en Veiligheid
Ontwikkeling van veilige technologieën
Veiligheid is een belangrijk en vaak ondergewaardeerd aspect van nieuwe
technologieën. In de ontwikkelingsfase van technologieën en producten wordt
het belang hiervan vaak wel onderkend, maar bij implementatie vormt
veiligheid (te) vaak een sluitpost. Toch bestaat voldoende ervaring met de rol
van veiligheid, bijvoorbeeld in de automobielindustrie en de farmaceutische
industrie.
Het is van belang dat veiligheidsaspecten integraal worden meegenomen om
verrassingen aan het eind van de rit te voorkómen. Dit strekt zich uit over een
breed terrein, met voor buitenstaanders vaak onverwachte aspecten.
Veiligheid is een vak èn een technologie: veiligheid vereist een specifieke,
vakmatige benadering om knelpunten te signaleren, waarvoor technologische
oplossingen moeten worden gevonden. Veiligheid grijpt ook in op slecht
kwantificeerbare zaken als publieke acceptatie, iets wat voor technologische
ontwikkelaars vaak moeilijk te appreciëren is. Dit aspect wordt goed verwoord
door het standpunt van het Ministerie van Economische Zaken: "acceptatie
van nieuwe technologieën door het publiek is kwetsbaar voor 'failures' en
onhandige routes".
Ontwikkeling van veilige waterstoftechnologie
Kijken we specifiek naar de ontwikkeling van waterstoftechnologie, dan zien
we een veelheid aan technologieën elk met eigen veiligheidsaspecten:
productie, opslag, transport, en gebruik. Veiligheid speelt dus een rol in de
gehele keten.
Hoe die keten eruit zal zien is in vele aspecten nog open. Zal waterstof
decentraal of centraal worden geproduceerd, via reforming of elektrolyse? Als
het centraal wordt geproduceerd, moet het worden getransporteerd; hoe zal
dat gebeuren, via trucks of per pijpleiding? Hoe zal het worden opgeslagen,
vloeibaar of onder hoge druk (tot 700 bar!)? Welke beperkingen zullen in
combinatie met de opslagtechniek aan waterstofauto's worden opgelegd,
zullen waterstofauto's net als LPG auto's worden geweerd in parkeergarages
en misschien wel in tunnels? En hoe zal bij gebruik in het huishouden
waterstof worden aangevoerd - met consequenties voor veiligheidsvoor-
schriften in huis?
Ten aanzien van de veiligheid van waterstof circuleren mythes, die de
discussie niet verhelderen. Zoals: "Waterstof lijkt toch erg op LPG en
aardgas… dus kun je het op dezelfde manier behandelen." Of: "Vroeger
hadden we toch al waterstof in stadsgas?! Nooit iets mee gebeurd…" En ook:
"Er is al veel ervaring in de industrie, dus het zit wel goed met
waterstofveiligheid!" Wij dienen ons hierdoor niet te laten leiden, maar elke
vorm van gebruik op zijn eigen merites beoordelen. Het is bijvoorbeeld niet

eëel, te denken dat het publiek veiligheidsregels kan hanteren die in de
industrie gebruikelijk zijn, en bijvoorbeeld zonder meer aan te nemen dat
handling van een druk van 700 bar in het dagelijks leven zonder problemen
zal verlopen. Om deze aspecten te onderzoeken zijn demoprojecten
onmisbaar; pas daarna kan een techniek in de openbare voorziening, onder
bewaking door de deskundige instanties, worden toegepast.
Implementatie van veilige waterstoftechnologie
Waterstof verschilt in een aantal opzichten van de conventionele brandstoffen.
Dat wordt geïllustreerd met enkele gegevens.
• Waterstof heeft een lage ontstekingsenergie: 0.02 mJ (vergelijk aardgas:
0.3 mJ). Om dit in perspectief te plaatsen: de vonkjes die ontstaan bij het
uittrekken van een kunststof trui hebben een energie van ca. 0,1 mJ
• Waterstof brandt met een onzichtbare vlam
• Waterstof heeft een breed explosieconcentratiegebied: een
lucht/waterstofmengsel kan exploderen bij een volumepercentage
waterstof tussen 4 en 75% (aardgas: 5 – 15%); ontsnappen van waterstof
in een besloten ruimte dient daarom te worden voorkómen
• Waterstof is geur- en kleurloos
• Waterstof heeft een hoge diffusiegraad en dringt door vele materialen
heen
• Er is bij waterstof grote kans op (kleine) lekkages
Deze specifieke eigenschappen van waterstof vereisen een daarop
toegesneden regelgeving. Vanuit veiligheidsoogpunt lijkt waterstof niet veel
voordelen te bieden boven LPG, het is eerder een uitdaging door goede
regelgeving toch een veilig gebruik te kunnen afdwingen. Een belangrijke rol
is weggelegd voor detectiemethodieken voor ontsnappend waterstof,
vanwege de onmogelijkheid om het met de zintuigen waar te nemen.
Omdat veiligheid over de gehele waterstofketen geadresseerd moet worden
zijn diverse regelgevingen en regelgevende instanties van belang. Het
ministerie van VROM is belast met regelgeving inzake productie en opslag.
Het ministerie van Verkeer en Waterstaat gaat over veiligheid in het transport.
Het ministerie van Sociale Zaken en Werkgelegenheid in belast met Arbo
regels betreffende het gebruik. Hierbij kan gedacht worden aan voorzieningen
in werkplaatsen voor waterstofvoertuigen; de vereiste aanpassingen aan
werkplaatsen zijn zeer wel vergelijkbaar met die bij gebruik van aardgas en
LPG. En ook het ministerie van Binnenlandse Zaken is betrokken vanwege
veiligheidskwesties.
Regels zijn niet altijd goed op elkaar afgestemd en ook bij waterstof komt het
voor dat regels van verschillende instanties met elkaar botsen. Om te komen
tot een hanteerbare en consistente verzameling regels dient een goede
afweging plaats te vinden tussen interne en externe veiligheid.
Bij grootschalige introductie van waterstof is het belangrijk dat voldoende
kennis over deze technologie en zijn gevaren aanwezig is bij de betrokken
instanties. Hierbij kan in de eerste plaats worden gedacht aan hulpverlenende
instanties als brandweer, politie en ambulances. Volgens het Novem rapport

"Waterstof in brandweerbranche en verzekeringswezen" van januari 2002 is
bij de brandweer voldoende kennis aanwezig.
Ook bij gemeenten en provincies dient kennis aanwezig te zijn, bijvoorbeeld
met betrekking tot zonering zoals die geldt voor LPG opslag. Toepassing van
het RIVM rekenmodel voor de effecten van ongevallen met LPG opslag op
waterstof wordt momenteel onderzocht. Ook bij proceseigenaren en
gebruikers (de overige 'stakeholders') dient voldoende kennis aanwezig te
zijn.
Het is onmogelijk, nu reeds te voorspellen welke problemen zich zullen gaan
voordoen bij een technologie waarvan de grootschalige introductie misschien
nog dertig jaar op zich zal laten wachten. Het onderzoek naar
waterstoftechnologieën is nog in volle gang en er bestaat geen zekerheid over
de vraag of de technieken die nu worden ontwikkeld, daadwerkelijk op grote
schaal zullen worden toegepast. Bij gebrek aan beter dienen wij ons echter te
richten op wat zich momenteel aandient.
Van de technieken die nu worden onderzocht vormt hoge druk-opslag een
echt nieuwe technologie, tenminste voor algemeen gebruik. Onderzoek naar
levensduur van opslagcilinders is absoluut noodzakelijk en vindt momenteel
ook plaats. Gebruik van vloeibare waterstof wordt ook in veiligheidsopzicht
wel onderzocht maar staat momenteel niet voorop. Verder is onderzoek nodig
over het gedrag van waterstof bij (incidenteel) vrijkomen. De veiligheid van
waterstoftankstations, afhankelijk van de gekozen technieken, is een
belangrijk aandachtsgebied. Ook andere vragen zijn van belang. Zoals: is een
integratie met conventionele brandstoffen mogelijk? Wat zijn de te hanteren
veiligheidsafstanden? Hoe kan de veiligheid van de waterstofinfrastructuur
worden gegarandeerd? Kan waterstof worden bijgemengd bij aardgas en zo
ja, tot hoeveel procent? Hoe houdt het aardgasnetwerk zich dan? En zijn extra
veiligheidsmaatregelen nodig voor tunnels en (parkeer)garages in geval van
het (incidenteel) vrijkomen van waterstof?
(Inter)nationale ontwikkelingen
Waterstof ondervindt belangstelling over de hele wereld; internationale
samenwerking is absoluut vereist. Vooral in de VS en Japan zet men veel
vaart achter de ontwikkelingen en daarom kan internationale samenwerking
ook niet beperkt blijven tot Europa.
De voor Nederland belangrijke internationale projecten zijn:
• EU Network of Excellence “HySafe”: Veiligheidsaspecten van waterstof
De missie van HySafe luidt: “We bring it on the road and in your house -
safely!” Aan het project nemen vijfentwintig bedrijven, (semi-
)overheidsorganen en onderzoeksinstellingen deel. Nederland wordt
vertegenwoordigd door TNO.
• IEA Task 19 "Hydrogen Safety" als onderdeel van de Hydrogen
Implementing Agreement".
Tot de deelnemers behoren de VS, Canada en Japan; verder de EU en
daarnaast ook een aantal EU lidstaten afzonderlijk, waaronder Nederland.

Vooral dit laatste project is van eminent belang voor de toekomst van
waterstof. De samenwerking in IEA-verband is heel goed, zodanig zelfs dat dit
project wel een unicum genoemd kan worden op het gebied van veiligheid.
Het project is aangegaan voor drie jaar (eerste looptijd) en is gestart op 12
oktober 2004.
Conclusie
Verantwoorde toepassing van waterstof lijkt mogelijk binnen het kader van
deels nog op te stellen regels. Daarvoor is wel nodig dat ontwikkeling van
veilige technologieën en daarop toegesneden regelgeving blijft doorgaan.

Regelgeving rond waterstof: "van Brussel tot lokaal niveau"
Marc Steen
Head of Unit Cleaner Energies
Instituut voor Energie, Gemeenschappelijk Centrum voor Onderzoek,
Europese Commissie
Inleiding
Het Gemeenschappelijk Centrum voor Onderzoek (GCO) van de Europese
Commissie verricht klantgericht wetenschappelijk en technisch onderzoek ter
ondersteuning van beleidsvorming op Europees niveau. Het vervult de rol van
wetenschappelijke en technische referentie voor de Europese Unie en is
onafhankelijk van nationale of commerciële belangen. Het ondersteunt alle
Europese beleidsorganen en draagt onder meer bij tot het opstellen van de
strategische researchagenda voor een aantal Europese
onderzoeksprioriteiten. Het GCO beschikt over zeven instituten in vijf
lidstaten. Het Instituut voor Energie in Petten is één van die zeven instituten.
De Europese inspanningen met betrekking tot waterstof spelen zich af binnen
een strategie, gericht op commerciële toepassing in de komende decennia.
Hierbij grijpen R&D, demonstratieprojecten, marktontwikkeling en
beleidsontwikkeling op elkaar in.
Figuur 1. EU strategie voor de inzet van waterstof

Voorschriften, richtlijnen, normen
Ten aanzien van risicovolle stoffen als waterstof is regelgeving vereist. Deze
speelt zich op een aantal niveaus af. De meest belangrijke bepalingen krijgen
de vorm van voorschriften (regulations). Deze zijn bindend, niet vrijblijvend, en
beogen meestal de veiligheid en bescherming van werknemers, publiek en
milieu. Ze worden vastgelegd in wetteksten. Andere nuttige bepalingen
worden normen genoemd (standards); deze worden niet in de wet vastgelegd
en berusten derhalve op vrijwillige toepassing. Normen worden geïnitieerd en
opgesteld door belanghebbende partijen, en dragen bij tot vrij verkeer van
goederen en diensten.
Figuur 2. Verhouding tussen voorschriften (regulations) en normen (standards). Bron: Hysafe.
Voorschriften worden opgesteld door nationale wetgevers op basis van
Europese richtlijnen. Richtlijnen worden uitgevaardigd door de Europese Unie
(Commissie, Raad, Parlement) en zijn voor elke lidstaat bindend ten aanzien
van het te bereiken resultaat. Richtlijnen moeten in de nationale rechtsorde
worden omgezet, waarbij aan de nationale instanties de bevoegdheid wordt
gelaten vorm en middelen te kiezen (art. 189 van het EG verdrag). Europese
wetgeving, heeft daarbij voorrang op nationale wetgeving.
Behalve de Europese Unie zijn ook de lidstaten regelgevende autoriteiten,
evenals internationale organisaties (ondersteund door verdragen).
Toepassing van deze regels vindt plaats door vergunninggevers, die toezien
op naleving van de voorschriften, daartoe gemandateerd door hun overheden.
Naast regels worden zoals gezegd in het maatschappelijk verkeer ook
(technische) normen gehanteerd, gebaseerd op vrijwillige toepassing. Op
internationaal en Europees niveau worden deze veelal opgesteld door
organisaties als CEN, CENELEC, ISO, IEC, SAE, ASME etc. Ook hier
bestaan mechanismen om 'Europese' normen over te zetten in nationale
normen.

De 'Nieuwe Aanpak' (New Approach)
Europese richtlijnen hebben onder de 'Nieuwe Aanpak' een ander karakter
gekregen. Om harmonisatie van regels binnen de EU te bewerkstelligen zijn
de richtlijnen beperkt tot de vastlegging van de zgn. 'fundamentele vereisten'
(essential requirements) waaraan voor gegeven toepassingen moet worden
voldaan. Richtlijnen onder de ‘Nieuwe Aanpak’ schrijven dus voor 'wat' moet
worden bereikt en laten open 'hoe' dat moet worden bereikt.
Een mogelijkheid daartoe is dat geharmoniseerde normen worden opgesteld
die technische (product)specificaties vervatten. Het gebruik van deze
geharmoniseerde normen draagt bij tot het voldoen aan de richtlijn, ze leiden
namelijk tot 'vermoeden van overeenstemming' met de richtlijn ('presumption
of conformity'). Een verdere stap voor harmonisatie is een 'kaderrichtlijn' die
richtlijnen op verwante onderwerpen en toepassingsgebieden bundelt.
directives
national
transcription
new approach
Member States
Figuur 3. Overzicht van de "Nieuwe Aanpak.
essential requirements
Waterstof en voorschriften
Voorschriften van de EU zijn toepassingsgericht en hebben geen betrekking
op een specifiek product. Daarom bestaat er geen Europese richtlijn voor
waterstof. Wel bestaan voorschriften voor diverse waterstoftoepassingen:
transport, opslag, toestellen, veiligheid en gezondheid op de arbeidsplaats, en
waterstof- en brandstofcelvoertuigen.
Op waterstoftransport zijn de volgende regels van toepassing.
• Transport van gassen onder druk: Transport Pressure Equipment Directive
(TPED) 1999/36/EG
• Transport van gevaarlijke goederen over de weg: ADR kaderrichtlijn
94/55/EG, laatst gewijzigd 2003/29/EG; UNECE-ADR Convention
• Over het spoor: RID kaderrichtlijn 96/49/EG, laatst gewijzigd 2004/110/EG,
COTIF Convention
• Over zee: IMO
• Binnenwateren: ADNR Conventie
• Lucht: IATA/ICAO
…
mandatory voluntary
presumption
of conformity
harmonised
standards

Regels met betrekking tot waterstofopslag:
• Toestellen werkend onder druk: Pressure Equipment Directive (PED)
97/23/EG
• Druktanks voor gasopslag: Simple pressure vessels 87/404/EEG
Voor waterstoftoestellen kan het CE keurmerk toegekend worden voor
aspecten afgedekt door de volgende richtlijnen:
98/37/EG Machinery safety directive
94/4/EG Equipment and protective systems intended for use in potentially
explosive atmosphere
97/23/EEG Pressure equipment directive
73/23/EEG Low voltage directive
89/336/EEG Electromagnetic compatibility directive
87/404/EEG Simple pressure vessels
Veiligheid en gezondheid op de arbeidsplaats worden onder meer geregeld
door minimumvoorschriften voor de verbetering van de
gezondheidsbescherming en van de veiligheid van werknemers die door
explosieve atmosferen gevaar kunnen lopen (1999/92/EG ATEX Richtlijn).
Verder is hierbij aan de orde de preventie van zware ongevallen waarbij
gevaarlijke stoffen zijn betrokken, alsmede de beperking van de gevolgen
daarvan op mens en milieu (Seveso II 1996/82/EG, laatst gewijzigd
2003/105/EG).
Voor de toepassing van waterstof in voertuigen doet zich het probleem voor
dat de certificatieprocedures in Europa en de Verenigde Staten volkomen
verschillend zijn. Zowel in Europa als in de VS moeten autoproducenten
voldoen aan wettelijke bepalingen vóór een voertuig goedgekeurd en
ingeschreven kan worden. In Europa worden voertuigen onderworpen aan
een typekeuring volgens ECE voorschriften of EC richtlijnen.
Figuur 4. Regelgeving voor waterstof-brandstofcelvoertuigen

In de VS bestaat een systeem van zelfcertificatie genoemd FMVSS. Dit is
geen bevredigende situatie. Om redenen van efficiëntie en kostenbesparing
moeten de bepalingen zoveel mogelijk wereldwijd uniform en gelijkwaardig
zijn. Er wordt daarom gewerkt aan zo'n uniforme regeling onder de naam
Global Technical Regulation (GTR).
Voor stationaire toepassingen gelden andere regels. In Europa staat
zelfcertificatie voorop. Gewoonlijk geldt in EU landen een procedure die de
volgende stappen omvat.
• Vergunningaanvraag
• De vergunningverlenende autoriteit verstrekt een aanvraagformulier met
gedetailleerde beschrijving van alle vereisten
• Hoorzitting over het ingevulde aanvraagformulier
• Vergunning om de installatie te bouwen of op te richten
• Inspectie van de installatie door de bevoegde instantie
• Verlening van een gebruiksvergunning
De volgende vergunningen zijn vereist:
• Bouwvergunning
• Milieuvergunning
• Gebruiksvergunning
• CE certificaten (met gedetailleerde beschrijving van de installatie)
• Inspectierapport / certificaat door onafhankelijke instelling
De volgende instanties zijn betrokken bij de vergunningverlening:
• Milieudiensten
• Brandweer
• Gemeentelijke bouwdiensten
• Bouwtechnische diensten
Belangrijke onderdelen van de vergunningverlening:
• Relevante nationale regelgeving
• Risicoanalyse:
• Kennis van aspecten van waterstofveiligheid die nog niet geheel zijn
onderzocht
• Relevante maar nog ontbrekende of onvoldoende bekende
ongevalsstatistieken
• CE marking
• Afhankelijk van risicoanalyse, beproeving en operationele ervaring
In de VS geldt weer een andere benadering, geïllustreerd in bijgaande figuur.
Elk van de zeven hier genoemde toepassingen is onderworpen aan eigen
vereisten.

Figuur 5. Installatie en gebruik van brandstofcellen in een commercieel gebouw. Bron: US
Permitting guide.
Normen voor waterstof
Voor andere waterstoftoepassingen geldt de volgende regelgeving.
• Tankstations, waterstofcomponenten, detectors, waterstofkwaliteit,
adapters en verbindingen: ISO/TC 197 Hydrogen technologies
• Brandstofcel beproevingsmethodes en "performance measurements":
IEC/TC 105 Fuel cell technologies
• Materiaalcompatibiliteit voor waterstofopslag: ISO/TC 58 Gas cylinders
• …
Informatie over deze en andere normen is te vinden op de websites:
http://hcsp.ansi.org/
http://www.fuelcellstandards.com.Matrix.htm
"Nog te doen"
Om veilige toepassing van waterstof over de hele wereld mogelijk te maken,
en daartoe adequate regels op te stellen, dient verder onderzoek plaats te
vinden op de volgende terreinen:
• tankstations: geharmoniseerde lay-out criteria, risicoanalyse
• waterstofsensoren en lekdetectiemethodes, deze zijn belangrijk voor de
toekomst van waterstof omdat deze essentieel zijn voor het voorkómen
van ongevallen
• geharmoniseerde en algemeen aanvaarde evaluatiemethodes voor de
bepaling van waterstofopslagcapaciteit, van duurzaamheid van
brandstofcellen

• karakterisering en vastlegging van kwaliteit van waterstof als brandstof
voor verschillende toepassingen
• materiaalcompatibiliteit
• verbindings- en overgangsstukken
• veiligheid bij productie, transport, opslag en gebruik van waterstof
• recyclen van brandstofcellen
• …
Dit onderzoek en de vertaling van de resultaten ervan in regelgeving gebeurt
bij voorkeur in internationaal verband, waarbij de volledige ontplooiing van
waterstoftoepassingen in vijftien à twintig jaar niet gehinderd mag worden
door het ontbreken van relevante regelgeving. De eerste taak van de
waterstofgemeenschap en de verantwoordelijke autoriteiten is momenteel,
ervoor te zorgen dat waterstof aanvaard wordt door het publiek. Daartoe moet
men wel continu de ontwikkelingen volgen, en actie ondernemen, vooral op
Europees niveau, waar dat geboden is om in de pas te blijven met
ontwikkelingen elders.
In internationaal verband zijn vooral de volgende activiteiten van belang:
• implementeren van een aangepast mechanisme voor wereldwijde
harmonisering van "RCS" (Regulations, Codes and Standards) om
duplicatie en proliferatie van divergerende nationale belangen te vermijden
• bevorderen van Global Technical Regulations (GTR) in UNECE/
WP.29/GRPE/ informele groep voor waterstof-brandstofcel voertuigen via
de Global Cooperation Group (GCG)
• internationale samenwerking op het gebied van veiligheidsonderzoek, met
prioriteit voor toepassingen in het transport
• samenwerking in pre- en co-normatief onderzoek
• internationaal uitwisselen van ervaring door beleidsmakers, overheden en
vergunninggevers.
Dat deze activiteiten in internationaal verband moeten worden ondernomen
sluit nationale actie niet uit, maar juist in. Op alle genoemde terreinen moet
onderzoek worden gedaan of worden nagedacht over adequate maatregelen.
Langs de hier aangegeven weg lijkt de verantwoorde toepassing van
waterstof daadwerkelijk ontwikkeld te kunnen worden.

Waterstofproductie en -distributie
Pim Meyboom
Business Development Manager
Air Products
Met waterstof bestaat al veel ervaring. Vanaf het begin van de space shuttles
is de energievoorziening van astronauten op waterstof gebaseerd geweest.
Air Products is een belangrijke speler op dit veld, het is de grootste
leverancier van waterstof ter wereld met meer dan 50% marktaandeel. Het
bedrijft meer dan zestig grote waterstoffabrieken wereldwijd en ontwikkelt
oplossingen voor de waterstofeconomie: feedstock, productie, transport en
opslag. Het bedrijf was al in 1992 betrokken bij proefnemingen met een
waterstofbus in Brussel. Het is betrokken bij demonstratie van transport op
waterstof in vele landen en heeft meer dan dertig waterstoftankstations in
bedrijf. Het beheert ook pijpleidingen, bijvoorbeeld één van 50 km lengte in
het Rijnmondgebied met een capaciteit van 250 ton per dag, genoeg voor de
energievoorziening van bijvoorbeeld 250.000 huishoudens. Daarnaast, niet
onbelangrijk in de waterstofwereld, is Air Products nummer 1 in de wereld op
het gebied van veiligheid in de chemische industrie.
De belangrijkste uitdagingen bij waterstof naast verdere ontwikkeling van de
technologie zijn regelgeving, standaardisatie en ontwerpen voor veiligheid. De
technologie is echter goeddeels beschikbaar en bruikbaar, maar duur. ; de
veilige omgang met waterstof is iets dat geleerd en geoefend moet worden, en
voor de toekomst van waterstof in de publieke sector is dat essentieel.
Deze perceptie leidt voor Air products tot een simpele strategie voor de
ontwikkeling van waterstof: realiseer demo's daar waar mogelijk. Kennis is niet
het probleem, er is voldoende kennis aanwezig; praktijkervaring, daar gaat het
om. Maar hoe doe je praktische ervaring op als het uitvoeren van een
waterstofproject nog zo veel geld kost? Het antwoord ligt in het vinden van
'ideale' locaties met één of meer voordelen op het gebied van goedkope
waterstof, bestaande infrastructuur, politieke wil, milieubelang, houding van
consumenten etc. Maak van die "ideale" omstandigheden gebruik om op een
economisch haalbare manier demonstratieprojecten te realiseren. Het
uiteindelijke doel hiervan is het creëren van market pull. Want demo's
motiveren consumenten en politiek; dit leidt tot nieuwe demoprojecten,
hetgeen de kosten omlaag brengt, wat weer tot meer herhaling leidt, en dit
heet uiteindelijk een markt: een configuratie waarin geldverstrekkers bereid
zijn te investeren.
Een waterstofeconomie heeft een infrastructuur nodig. De leidende gedachte
voor de opbouw van deze infrastructuur is o.a. geformuleerd door Jeroen van
der Veer, CEO van de Royal Dutch Shell Group: "De ontwikkeling van een
keten voor levering van waterstof zal zich misschien voltrekken langs lijnen
die wij nu nog niet kunnen overzien. Een duidelijke ontwikkelingslijn bestaat
uit het gebruik maken van de bestaande gasinfrastructuur; maar andere
ontwikkelingslijnen kunnen naar voren komen. Het is belangrijk, ons niet vast
te laten leggen door bestaande structuren." Met andere woorden: begin met
wat je hebt, maar wees flexibel naar de toekomst.

De belangrijkste factoren bij de ontwikkeling van een waterstofinfrastructuur
zijn:
• Regionale dynamiek en geografische beperkingen
• Afstand van productie tot gebruikspunt
• Benutting van reeds geïnvesteerd kapitaal
Infrastructuur oplossingen zullen betrekking hebben op:
• Bestaande productie- en distributie-infra zoveel mogelijk benutten
• "Point of use" opwekking
• Combinatie van tanken met het opwekken van warmte en elektriciteit
• "Feedstock" flexibiliteit (zie onder energiebron hieronder)
• Installatie en conversie van pijpleidingen.

Waterstofproductie
De waterstofeconomie heeft een ongekende flexibiliteit, zoals blijkt uit deze
tabel.
Energiebron Productie Distributie Opslag Eindgebruik
Aardgas Stoomreforming Pijplijn Metalen vaten Transport
(brandstofcel)
Aardolie Vergassing Tankwagens Kunststof vaten Stationair
(onder druk)
(brandstofcel)
Biomassa Elektrolyse Tankers Metaalhydriden Verbrandingsmot
(vloeibaar)
or
Steenkool Thermolyse Schip Chemische Bijmenging
hydriden
Kernenergie Fotolyse Spoor Koolstof
Zon Off gas
Wind
Waterstof kan op vele manieren worden voortgebracht.
Grondstof Drivers Barrières
succes
/ voorwaarden voor
Koolwaterstoffen Momenteel laagste Stabiele voorziening van fossiele
(reforming) productiekosten
brandstof
Grondstof in sommige landen Prijsstabiliteit grondstof
aanwezig
Mogelijkheid CO2 opslag
H2 off gas Grondstof die waterstof bevat Betrouwbaarheid van de levering
Wind Duurzaam
Lagere kosten van
Niche plaatselijke/regionale waterstofdistributie
voorziening
Kapitaalbeslag
Opslag om variaties in het aanbod Kostenreductie nodig
op te vangen
Niet overal beschikbaar
Zon Duurzaam
Lagere kosten van
Niche plaatselijke/regionale waterstofdistributie
voorziening
Grote kostenreductie nodig
Opslag om variaties in het aanbod Kapitaalbeslag
op te vangen
Niet overal beschikbaar
Biomassa Duurzaam
Kostenreductie nodig
Niche
voorziening
plaatselijke/regionale Productiviteit van het grondgebruik
Kolenvergassing Grondstof beschikbaar in landen Grote vraag nodig
met grootverbruik energie (VS, Veranderende houding van het
China)
publiek
Overheidssteun
Lange projectduur
Lagere kosten waterstofdistributie
Mogelijkheid CO2 opslag
Kernenergie Onafhankelijkheid van het Grote vraag nodig
buitenland (VS en andere landen) Veranderende houding van het
Schone lucht
publiek
Lage productiekosten
Overheidssteun
Oplossingen
kernafval
voor opslag van
Lange projectduur
Lagere kosten waterstofdistributie

Ook in productiemethoden is er een groot scala aan beschikbare
mogelijkheden.
Productiewijze Drivers Barrières / voorwaarden
Onsite reforming
Geen
voor succes
waterstofdistributie Voldoende bedrijfstijd vereist
(algemeen)
nodig
Niet 100% betrouwbaar
Grondstof moet stabiel zijn in
prijs
• Aardgas Bestaande gasinfrastructuur Voor grootschalige
voorziening moet gasinfra
• Methanol Laagste
worden uitgebreid
kosten Afhankelijk van
reforminginstallaties
beschikbaarheid
Grote
giftigheid
problemen met
• LPG/nafta Beschikbare bronnen van Afhankelijk van aardolie
vloeibare koolwaterstoffen in infrastructuur
vele landen en regio's
• Biomassa Duurzame grondstof Kosten van reiniging van de
grondstof
Elektrolyse Geen waterstofdistributie Voldoende bedrijfstijd vereist
nodig
Niet 100% betrouwbaar
Zeer betrouwbaar, ook Efficiency waterstof-
start/stop
elektriciteit cyclus is laag
Wordt gezien als technologie Hoge productiekosten
voor duurzame waterstof
• Duurzaam (zon/wind) Groene credits
Plaatselijke zon of wind
Duurzaam
Kostenreductie nodig
Opslag om variaties in het
aanbod op te vangen
• Elektriciteitsnet Gemak Locaties met hoge component
duurzaam vereist
Voor grootschalige
voorziening moet
elektriciteitsnet
uitgebreid
worden
Directe productie uit In potentie eenvoudige, Nog veel ontwikkeling en
duurzame bronnen
directe methode
grote kostenreductie nodig

Belangrijk is de kostenvergelijking bij de huidige stand van zaken.
Elektriciteit Waterstof
Energiebron €/kWh €/GJe €/GJ H2 €/Nm3 H2
1. Gasgestookte STEG 0,03 8
2. Kolenvergassing STEG 0,045 13
3. Kernstroom 0,055 15
4. KV-STEG met CO2 opslag 0,065 18
5. Biomassa centrale 0,07 19
6. Windenergie 0,08 22
7. Zonne-energie 0,50 139
8. H2 stoomreforming uit methaan
(SMR, grootschalig)
6 0,08
9. H2 SMR, grootschalig met CO2
verwijdering en opslag
10 0,13
10. H2 biomassa vergassing 12 0,15
11. H2 via stoomreforming
20 0,26
(kleinschalig met CO2 verwijdering
en opslag)
12. Elektrolyse (8000 h/jr, 0,05 €/kWh 28 0,36
13. H2 aangeleverd per tube trailer 31 0,40
Distributiekosten (indicatief) 1 - 4 2 - 5
1 kg = 11 Nm3; industriële commodityprijs aardgas: 4 €/GJ
De veelheid aan routes naar waterstof wordt nog eens gedemonstreerd in
Figuur 1.
Production
Central
Production
Distributed
Production
Distribution
Hydrogen
Natural Gas,
Propane, Methanol/
Ethanol,
Naptha Feedstocks
Figuur 1. Waterstofproductie - distributieroutes.
Fuel Station
Liquid Onboard
Uit dit alles blijkt dat waterstof op veel verschillende manieren te maken is. Dit
geeft enerzijds de flexibiliteit aan van de waterstofeconomie; anderzijds
betekent dit dat het moeilijk is, keuzes te maken. Uit de enorme hoeveelheid
mogelijkheden bekijken we een paar factoren die van belang zijn.
• Bij gebruik van biomassa als grondstof komt de vraag aan de orde of
hierdoor voedselproductie zal worden verdrongen
• Bij lokale opwekking is het grote voordeel dat geen waterstofdistributie,
met de daaraan verbonden kosten, nodig zal zijn
abc
Gas Onboard

• Er zijn grote verschillen in productiekosten, sommige productiemethoden
zijn wel een orde van grootte duurder dan andere
• Wanneer kooldioxide vóór verbranding wordt afgevangen (precombustion),
zijn de kosten bij grootschalige installaties te overzien
• Waterstof uit wind is bij de huidige prijsverhoudingen een onbetaalbare
zaak; bij de ontwikkeling van de waterstofeconomie kan windenergie
daarom beter aan het net geleverd worden terwijl waterstof op andere
manieren wordt gemaakt. Wel kan productie van waterstof uit wind als
lange-termijn doel worden gesteld.
Ontwikkeling van de infrastructuur
Om waterstof naar het publiek te krijgen is de bouw van infrastructuur
noodzakelijk. Waterstofpijpleidingen zijn daarvan een belangrijk onderdeel. In
de aanloopfase kunnen tube trailers en tankwagens vanuit grote centrale
productie-eenheden de benodigde waterstof aanvoeren naar nieuwe
waterstofverbruikspunten. Als zich dan voldoende vraag naar waterstofop zo'n
nieuw verbruikspunt ontwikkelt, dan kan overgeschakeld worden op een
locale productieunit of een pijplijnverbinding met een grote centrale unit. Met
tube trailers en tankwagens voor kunnen verbruikspunten binnen een 350 km
radius moeiteloos van waterstof voorzien worden. Vanuit onze productie in de
Rijnmond wordt dan al geheel Nederland bestreken. Gezien het formaat van
Nederland, zeker in vgl met Californië, is het ondersteunen van
waterstofdistributie door het gehele land absoluut een haalbare zaak.
De voordelen van de bestaande infra moeten worden benut. Het waterstofnet
in de Rijnmond is uitstekend geschikt om niet alleen voor industriële
doeleinden te worden gebruikt maar ook voor bijv. woningverwarming. In
Zwijndrecht bijvoorbeeld ligt een aantal flatblokken met centrale
energievoorzieining op minder dan 100 meter van de pijp van Air Products.
Voor één zo'n blok wordt inmiddels gewerkt aan het realiseren van een
brandstofcelinstallatie gekoppeld aan de pijplijn die electriciteit en warmte aan
het blok gaat leveren. De verwachting is dat dit medio 2007 operationeel kan
zijn en als het goed loopt is veel herhalingspotentieel. Hier ligt dus een kans
die moet worden gegrepen. Het waterstofnetwerk wordt nu gevoed vanuit een
grootschalige productie-eenheid op basis van aardgas, maar kan te zijner tijd
worden gevoed met waterstof uit duurzame bronnen (fossiel met CO2 afvang,
biomassa, wind, zon).
Demonstratieprojecten zijn absoluut noodzakelijk, want de leercurve gaat veel
steiler omhoog als je in de praktijk gaat werken. En de beschikbare tijd is
betrekkelijk kort. Demonstratieprojecten moeten worden gerealiseerd op
plaatsen waar voldoende kennis is en waar ook andere drivers zijn, zoals
slechte luchtkwaliteit. Rotterdam is om die reden een uitstekend centrum voor
een beginnende waterstofeconomie, evenals bijvoorbeeld in het sterk
vervuilde New Delhi. Het doel van proefprojecten is, mensen te motiveren en
tot actie te bewegen, om zodoende investeringen op gang te krijgen. In
Rotterdam is 90% van de benodigde infra en klandizie al aanwezig. Op basis
hiervan is de tijd rijp om door een gezamenlijke inspanning van bedrijfsleven
en overheid een start te maken met de opbouw van een, eerst lokale,
waterstofeconomie.

Het voordeel van grootschalige productie is het hoge rendement; ook het
rendement van CO2 afvang is hoog bij zo'n installatie. Waterstof kan geleverd
worden aan tankstations. Te voorzien is dat de aardgaslevering op
tankstations daardoor uitgefaseerd zal worden. In New Delhi is men al een
stuk verder. Vanwege de luchtkwaliteit is men daar twee jaar geleden massaal
overgestapt op aardgas als motorbrandstof; nu wordt dit aardgas reeds
geleverd met bijmenging van 20% waterstof. Dit levert een onmiddelijke
besparing op van 20% op de lokale emissies en legt tegelijkertijd de grondslag
voor een waterstofdistrbutie netwerk.
Een ander Air Products' concept is het 'energiestation', in 2002 opgeleverd in
Las Vegas. Dit station, gevoed door aardgas, bevat een on site reformer; het
kan op basis daarvan zowel aardgas leveren, als waterstof, en ook een
waterstof/aardgas mengsel.
NG
NG
Fuel
Cell
H 2 Generator
Backup LH 2
H 2 Storage
CNG/H 2 Blender
CNG Storage
H 2
CNG/H 2
CNG
Figuur 2. Energiestation in Las Vegas.
Daarnaast verzorgt Air Products alle technologie en apparatuur om waterstof
te tanken, bijvoorbeeld voor tankstations in Washington en Singapore. Verder
zijn er technologie demonstratieprojecten onder meer in UC Irvine
(waterstofproductie onder hoge druk door windenergie, 2004), New Delhi
(menging en levering van aardgas met waterstof, 2005), en Toulouse (on site
reforming, levering van waterstof/aardgas mengsel, 2006).

Figuur 3. Tankstation voor waterstof en aardgas/waterstofmengsels, New Delhi.
Voor het over langere afstanden laten rijden van kleine groepen
waterstofvoertuigen (bijvoorbeeld testmodellen van auto en busfabrikanten)
heeft Air Products een mobiel tankstation ontwikkeld. Het meevoeren van de
waterstofinstallatie tijdens de rit is op dit moment (bij het grotendeels
ontbreken van infrastructuur) veel efficiënter dan het bouwen van een reeks
vaste tankstations met een uiterst lage bezettingsgraad. De oplegger waarop
het mobiele tankstation staat, rijdt overigens gewoon op diesel. Hierdoor
blijven de kosten van dit soort testprojecten beperkt, waardoor ze eerder en
vaker kunnen plaatsvinden.
In Californië heeft gouverneur Schwarzenegger zich achter waterstof
geplaatst, met als gevolg plannen voor een netwerk van 170 waterstofstations
in de staat in 2010, ofwel één op elke 32 kilometer. Veertien stations zijn
inmiddels klaar, er zijn nog eens zeventien gepland.
Regelgeving en veiligheid
Huidige toepassing van waterstof (meest industrieel) volgt de algemene regels
voor zonering van gevaarlijke stoffen. De zonering regelt de afstand van
installaties tot woonbebouwing. Daar waterstofinstallaties meestalop
industriele locaties worden geplaatst zijn locale overheden hiermee onbekend.
Dat roept dan de vraag op, of dezelfde regels voor waterstof in de gebouwde
omgeving kunnen worden toegepast. Er zijn projecten nodig om die
regelgeving los te maken en standaarden te ontwikkelen. We hebben de
ontwikkeling ervan nú nodig, omdat dit bekend moet zijn voor dat waterstof op
enige schaal in de gebouwde omgeving uitgerold kan worden. Hier zullen nog
gemakkelijk vele jaren mee gemoeid zijn.

Liquid
Hydrogen
Truck
Large Scale Gaseous
Hydrogen Production Plant
Liquifier
L H 2
Storage
vaporizer
Compressor
storage
PIPELINE PIPELINE
DISPENSING STATION
Currently Fossil
Future Renewable
Pipeline to Non Automotive
Hydrogen Customers
Small Hydrogen
Generator
Larger Hydrogen
Generator
500,000 SCFD
Dispenser
(100 cars/day)
188,000 SCFD
Garage
Pipeline to Other
Dispensing Stations
House
Figuur 4. Veiligheidsanalyse van inpassing van waterstof in de gebouwde omgeving.
Emergency
Responder
Crash
Site
Ook hier moet worden gewezen op de zeer goede veiligheidsscore van onze
waterstofinfrastructuur. De gehele waterstofindustrie exploiteert 800 km pijplijn
in de VS. In de Air Products pijplijnen is meer veiligheid ingebouwd dan
vereist door bijvoorbeeld DOT (Department of Transport, VS): door extra
maatregelen in dichtbevolkte gebieden wordt de hoeveelheid ontsnappend
gas aanzienlijk beperkt in het geval van bijvoorbeeld pijpbreuk (wat op zich
zelf al de meest veilige transportmodule is). In 35 jaar tijd hebben zich bij Air
Products geen branden voorgedaan in waterstofpijpleidingen.
Air Products bezit 75 trailers voor vervoer van vloeibaar waterstof, waarmee
13 miljoen kilometer per jaar wordt gereden. Dit komt neer op een totaal van
250 miljoen kilometer sinds het begin van deze diensten. In deze periode
heeft zich geen enkel ongeval voorgedaan waarbij vloeibare waterstof op het
wegdek terecht is gekomen. Op basis daarvan heeft het bedrijf in 1996
bijvoorbeeld de NASA Safety Award gewonnen.
Om veiligheid ook bij publiek gebruik te kunnen waarborgen moet de
waterstofvoorziening zoveel mogelijk inherent veilig gemaakt worden. Bij een
ongeval ,ook bij brand, mag er geen waterstof ontsnappen. Tanken van
waterstof zal volautomatisch moeten plaats vinden. Het voertuig zal zó
moeten worden geplaatst dat het vullen niet door menselijke fouten mis kan
gaan.
Europese programma's die op veiligheid betrekking hebben zijn HyApproval
(met focus op de waterstofinstallatie, bijvoorbeeld een tankstation) en HySafe
(met focus op de omgeving van de installatie, en ontwikkeling van een
handboek voor tankstations).

Conclusie
Om de toekomst van waterstof veilig te stellen moet het vertrouwen van het
publiek worden gewonnen. Weliswaar is er zeker bereidheid, waterstof te
aanvaarden, maar er is veel negatieve publiciteit, met boodschappen als: het
kan niet, het zal nog lang duren, het is nog onveilig. Om het publiek mee te
krijgen moet hieraan veel aandacht worden besteed en dat kan het best in de
vrom van demonstratieprojecten. Net zo belangrijk is het ruimschoots
besteden van aandacht aan veiligheid in de ontwerpfase van installaties over
de hele keten.
Wat betreft de ontwikkelingsstrategie: er moet nú begonnen worden met een
reeks demoprojecten op basis van bestaande infrastructuur, want anders
komt waterstof te laat om een oplossing te bieden aan de milieuproblematiek
en energiezekerheid. Reken in het begin op een diversiteit aan oplossingen
waarbij de besten uiteindelijk boven zullen komen drijven en die besten
kennen we vandaag wellicht nog niet eens. De echte doorbraak zal pas
komen met de massale introductie van brandstofcel gecreven auto's hetgeen
niet voor 2013 verwacht wordt.

Waterstof in de automobielbranche
Huub Dubbelman
Manager Corporate Communications
DaimlerChrysler Nederland BV
Een nieuw mobiliteitstijdperk breekt aan. Nieuwe vervoerconcepten staan
overal in de belangstelling. Duurzame mobiliteit is het uitgangspunt.
Daimler Chrysler ziet vijf stappen naar duurzame mobiliteit.
• Ontwikkel nieuwe mobiliteitsconcepten en oplossingen die klanten kunnen
enthousiasmeren en overtuigen
• Stel alternatieve energiebronnen beschikbaar met voldoende capaciteit
• Cultiveer en promoot die nieuwe infrastructuur
• Ondersteun politieke initiatieven op dit gebied
• Ontwikkel en produceer voertuigen in de wereld met de beste en de meest
duurzame prestaties.
De nieuwe mobiliteit zal zich ontwikkelen in een aantal stadia.
Brandstofcel-aandrijving
Hybride-voertuigen
CO 2 -neutrale Bio-brandstof
Verbetering conventionele brandstoffen
Verbetering van verbrandingsmotoren
Figuur 1. Verschillende stadia op de weg naar duurzame mobiliteit
De eerste is verbetering van conventionele brandstoffen. Veel leveranciers
staan klaar om hierin actie te ondernemen. Vanaf 2005 worden roetfilters,
zonder toevoegingen én onderhoudsvrij, standaard geleverd eerst in twintig,
later in veertig Mercedes-Benz dieselmodellen. Vanaf voorjaar 2006 zijn
roetfilter ook leverbaar voor bestelwagens. Retrofit-filters komen beschikbaar
voor Mercedes-Benz C- en E-Klasse dieselversies. Later dit jaar komen Smart
CDI modellen met roetfilter beschikbaar. Maar de regelgeving is zeer
gecompliceerd en de overheid heeft de richting nog niet aangegeven. Aardgas
t

is een interessant alternatief, maar ook daarin speelt de overheid een
sleutelrol, want zonder infrastructuur kan aardgas niet penetreren.
De tweede stap vormt de introductie van CO2-neutrale biobrandstoffen. Ook
hier is de vraag: wat wil de overheid? In de VS is E85 brandstof (een
brandstof die voor 85% uit alcohol en 15% benzine bestaat) al toegelaten,
Bluetec® is op de markt beschikbaar voor bijmenging aan diesel om de
stikstofoxide-emissies te reduceren. Deze brandstoffen voldoen nu al aan de
eisen voor 2020. De Nederlandse regering promoot gelijktijdig veel
alternatieve brandstoffen. De consequentie daarvan zou kunnen zijn dat er
straks zeven brandstoffen aan de pomp worden gevraagd, en dat is wellicht
niet rendabel.
De derde stap wordt gevormd door gebruik van hybride voertuigen.
DaimlerChrysler is hier al twintig jaar mee bezig. Met hybride voertuigen
kunnen emissies in het stadsverkeer kunnen gereduceerd met 15-25%.
Daimler Chrysler gaat op korte termijn marktspecifieke hybride voertuigen op
de markt brengen. Toch ziet Daimler Chrysler de hybride technologie niet als
eindstation, doordat de hybride benzine- of dieselauto twee verschillende
aandrijfsystemen heeft. Wel is de hybride technologie aantrekkelijk voor
gebruik in brandstofcelvoertuigen, omdat deze zeer efficiënt is in
brandstofgebruik.
De introductie van waterstof in het energiesysteem brengt ongekende nieuwe
mogelijkheden. Wellicht gaat de kabel van Norsk Hydro onder de Noordzee
gebruikt worden om hier waterstof te produceren als buffer voor de
Nederlandse energievoorziening. De brandstofcelauto zal niet alleen in staat
zijn om te rijden op waterstof, maar kan ook aangesloten worden op de
energievoorziening in huis om energie aan de woning te leveren. Als de auto
als waterstofbuffer wordt gebruikt en de brandstofcel tweezijdig wordt
toegepast gaat dit enigszins ten koste van het rendement maar de
omzettingen zijn schoon en zuinig.
Bussen en bestelauto's hebben zijn uitermate geschikt om brandstofcellen te
testen, ze rijden vaak zeven dagen per week. Het aantal testvoertuigen neemt
steeds toe. In Amsterdam-Noord rijden drie bussen op waterstof, het
expeditiebedrijf UPS heeft een aantal bestelwagens met waterstof rondrijden
en heeft onlangs bij Dodge een bestelling geplaatst voor nog eens twintig
voertuigen.
Figuur 2. Mercedes Benz brandstofcelvoertuigen in dagelijks gebruik

De brandstofceltechnologie maakt het nieuwe mobiliteitstijdperk mogelijk. Met
deze technologie komen schone (zero emission) voertuigen op de weg, met
vrijwel geluidsloze aandrijving. Brandstofcellen geven een betere
motorefficiency (vergelijk benzineauto's 17-21%, dieselauto's 22-26%,
brandstofcelauto's 48-52%; door toepassing van hybride systemen neemt in
elk van deze gevallen de efficiency nog eens met ca. 8% toe).
De rijeigenschappen van brandstofcelauto's zijn beter dan die van
conventionele vervoermiddelen. Door de elektrische aandrijving aan boord
kan extra comfort worden geleverd, zoals het gebruik van de airco bij
stilstand. En tenslotte is het door toepassing van waterstof mogelijk, in de
toekomst olie-onafhankelijke energiebronnen voor de mobiliteitssector te
introduceren. Toepassing van brandstofcellen heeft de voorkeur van
DaimlerChrysler boven de verbranding van waterstof in verbrandingsmotoren,
omdat dit aanzienlijk minder efficiënt is en bovendien niet 100% schoon en
niet stiller dan conventionele voertuigen.
De inspanningen voor de ontwikkeling van duurzame mobiliteit spelen zich
wereldwijd af, zeker ook in Japan waar men voor 100% afhankelijk is van
geïmporteerde motorbrandstoffen. DaimlerChrysler is over de hele wereld
betrokken bij deze ontwikkelingen, meer dan honderd DaimlerChrysler
waterstofvoertuigen zijn er dagelijks over de hele wereld op de weg.
Voor het dagelijkse gebruik van waterstofvoertuigen is een uitgebreide
waterstofinfrastructuur nodig. Op diverse locaties in de wereld worden
inititatieven genomen om te beginnen met een dergelijke infrastructuur.
In Duitsland is besloten tot aanleg van een waterstofsnelweg: een keten van
waterstoftankstations langs snelwegen, die een 1800 km lange lus door het
land vormt en die de belangrijkste waterstofcentra van het land verbindt. Aan
dit initiatief nemen universiteiten, wetenschappelijke onderzoekscentra,
energieleveranciers (waaronder ook elektriciteitsbedrijven) en de
automobielbranche deel. De aanleg van deze snelweg is mogelijk gemaakt
doordat de Duitse regering onlangs een extra budget heeft toegezegd

Figuur 3. Waterstofsnelweg, zoals voorgesteld in Duitsland.
De realisatie van zulke initiatieven is van groot belang om ervaring op te doen
met diverse technologieën, om ervaringsgegevens uit te wisselen en om te
komen tot standaardisering. Bij de waterstofsnelweg zal onder meer gebruik
worden gemaakt van een revolutionair, door Linde ontwikkeld
waterstoftankstation, waarbij het voertuig met grote precisie wordt geleid
boven de vulplek.
Linde (eigenaar van o.m. HoekLoos) is ook de initiatiefnemer voor een studie
naar de behoefte aan waterstofinfrastructuur in Europa. Hieruit blijkt dat in
Nederland met vijftien tot twintig tankstations, voornamelijk in de Randstad,
tachtig procent van de behoefte kan worden afgedekt. Per station is een
investering vereist van anderhalf à twee miljoen Euro. Dit is een betrekkelijk
gering bedrag, en het Platform Duurzame Energie heeft deze kwestie dan ook
al opgepakt.

Intussen gaat de ontwikkeling van de brandstofcelauto met onverminderde
kracht door. Het nieuwe Mercedes Benz model HyGenius kan zich qua
prestaties meten met een conventionele auto: motorvermogen 60/85 kW,
actieradius meer dan 400 km met een 700 bar waterstoftank en een Li-ion
batterij, maximumsnelheid 174 km/uur, verbruik 2,9 l per 100 km, start bij -25
o C.
Figuur 4. Nieuw model brandstofcelauto Mercedes Benz, de HyGenius.
Voor het evenaren van de actieradius van de huidige generatie benzineauto's
is verhoging van de opslagcapaciteit van waterstoftanks cruciaal.De
ontwikkeling van de waterstoftank lijkt momenteel richting 700 bar te gaan.
Opslag van waterstof in vloeibare vorm is ook mogelijk, daartoe dient wel
gekoeld te worden tot -253 °C. Een andere mogelijkheid om de actieradius
van auto's te vergroten is door ze weer een slag lichter te maken. De
afgelopen decennia is de ontwikkeling de andere kant op gegaan: de VW Golf
is 300 kg zwaarder dan die van twintig jaar geleden, door alle accessoires die
in die tijd zijn toegevoegd.
Elektrische tractie met gebruik van batterijen verliest zijn waarde als waterstof
wordt toegepast. De introductie van de waterstofauto voorziet Daimler
Chrysler vanaf 2015, met een introductietijd van acht jaar. Met voldoende
inspanning is een versnelde introductie zelfs mogelijk. Er is dan voor
elektrische tractie met gebruik van batterijen geen toekomst meer.
Het duurzame mobiliteitssysteem zal er alleen komen als overheid,
wetenschap en industrie samenwerken. Tot voor kort leek het gebrek aan
politieke wil het grootste obstakel te zijn voor de doorbraak van de
waterstofauto. Het afgelopen jaar echter is het transitieplatform onder hoge
druk aan het werk gegaan om te voldoen aan de Europese regels voor fijn stof
en CO2. Er is nu een bundeling van inspanningen om de nieuwe stappen snel
te zetten. De dichtheid van Nederland werkt in ons voordeel. Diverse grote
bedrijven als Shell, Nuon en E-on zijn bereid te investeren in deze
ontwikkeling.

Er zijn grote aanpassingen nodig aan de huidige vervoerssystemen, maar in
eendrachtige samenwerking kunnen deze tot stand worden gebracht.

Brandstofcellen in de gebouwde omgeving
Jos van der Hyden
General Manager Europe, Middle-East and Africa
Plug Power
Waterstof heeft belangrijke toepassingen in de stationaire energievoorziening:
de levering van energie en energiediensten aan woningen, gebouwen en
installaties. Waterstof is op dit terrein al gepenetreerd in niche toepassingen
en zal, als de markt zich verder ontwikkelt, hierin steeds belangrijker worden.
Plug Power, een Amerikaanse beursgenoteerde onderneming (Nasdaq) met
een belangrijke Nederlandse vestiging, beweegt zich op dit gebied. Plug
Power is strategische allianties aangegaan met Honda en Vaillant.
Bij de toepassing van een nieuwe technologie worden de eerste stappen
gezet door early adopters: partijen die gemotiveerd zijn om een technologie
toe te passen ook al is deze nog niet concurrerend. De toepassing van
waterstof in brandstofcellen in de stationaire energievoorziening is dit stadium
al gepasseerd. Plug Power is nu met succes bezig de markt te ontsluiten van
noodstroomvoorziening, waarbij backup wordt geleverd aan installaties die
geen seconde zonder stroom kunnen functioneren. Het belangrijkste
toepassingsgebied wordt gevormd door telecommunicatie, maar ook voor
industriële installaties komt deze technologie nu in beeld.
De volgende brandstofceltoepassing zal zijn de permanente
stroomvoorziening op afgelegen plaatsen, die met het elektriciteitsnet moeilijk
te bereiken zijn. Vervolgens zullen installaties in beeld komen die parallel aan
het net draaien, en tenslotte zal ook de vervoermarkt op waterstoftechnologie
overschakelen.
De kern van onze boodschap is vierledig.
• Brandstofcelsystemen voor noodstroomvoorziening zijn op dit moment
leverbaar
• Brandstofcellen leveren deze functie met lage onderhoudskosten en lange
levensduur; de installaties zijn milieuvriendelijk en kunnen op afstand
worden bestuurd
• Deze systemen zijn gecertificeerd voor bedrijfszekerheid onder extreme
omstandigheden in de buitenlucht
• Als Nederland nu in actie komt, kan het binnen een paar jaar nummer één
in Europa worden in geïnstalleerd brandstofcelvermogen.

Figuur 1. Plug Power Gencore systeem, voor noodstroomvoorziening
De GenCore® brandstofcellen die wij leveren, werken als batterijen: ze
leveren gelijkstroom. En ze werken als een generator: ze leveren stroom zo
lang er brandstof aanwezig is. De brandstof is waterstof, doorgaans geplaatst
met zes cilinders, het gebruik bedraagt maximaal een halve cilinder per uur.
De installatie levert elektriciteit met een vermogen van 0-5 kW, en verder
warmte en water. Door sensoren wordt de werking van de installatie gevolgd,
onder meer de nog aanwezige brandstofvoorraad. De installatie schakelt
zichzelf in en uit wanneer dit nodig is en volgt de electriciteitsvraag volomen
automatisch. In twaalf seconden is de brandstofcel op vol vermogen, in deze
opstarttijd wordt het vermogen geleverd door accu's.
Figuur 2. Installatie geplaatst op een bergtop aan het eind van het elektriciteitsnet. Onweer is
zeer gewoon, elke dag is er blikseminslag. De brandstofcel zorgt voor de back-up na deze
inslagen.

Figuur 3. De installaties in Schotland is geplaatst in een skigebied, om de werking onder
extreme omstandigheden te testen. Door de lange bedrijfstijd is dit eigenlijk niet meer een
noodstroominstallatie.
Zeker in de telecommunicatie is de ononderbroken levering van stroom een
levensvoorwaarde. Dat geeft problemen wanneer de installaties die
verbindingen onderhouden zich bevinden op zwakke plaatsen in het
elektriciteitsnet, of wanneer ze getroffen worden door extreme
omstandigheden: onweer, orkanen, zware sneeuwval, aardbevingen.
Brandstofcellen geven ook onder deze omstandigheden een betrouwbare
stroomvoorziening.
Plug Power is begonnen met levering van deze systemen in november 2003
en heeft momenteel over de hele wereld ca. 200 installaties geplaatst.
Inmiddels is begonnen met het testen van de volgende generatie: generatoren
voor toepassing los van het elektriciteitsnet. Deze lopen op LPG en bezitten
dus een eigen reformer. De tests zijn bedoeld om de kinderziektes eruit te
halen; introductie op de markt wordt verwacht in 2007. Ze zullen voornamelijk
worden toegepast waar dieselgeneratoren niet toegelaten zijn vanwege de
mogelijkheid van verontreiniging of geluidproductie, bijvoorbeeld voor de
stroomvoorziening in natuurgebieden. Naarmate de prijs omlaag gaat zullen
deze systemen dieper in deze markt doordringen. Voor toepassing in huizen
en gebouwen parallel aan het net wordt in samenwerking met Honda een
Home Energy Station en met Vaillant een brandstofcel warmtekrachtsysteem
ontwikkeld.

Figuur 4. Testveld met GenSys systemen.
Brandstofcelinstallaties zijn onderworpen aan strenge veiligheidsnormen.
Momenteel zijn van toepassing:
• ATEX 95
• IEC/TC 105 / WG 5: Stationary fuel cell power plants - Installation
• ISO/TC 197 / WG 9: Hydrogen generators using fuel processing
technologies
• NEN Normcommissie 310 197: draagt zorg voor de Nederlandse inbreng,
richtlijn ontploffingsgevaar
• PGS 15 (Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen): Richtlijn opslag van
verpakte gevaarlijke stoffen
• Toekomstige regelgeving: IEC/TC 105 / WG 3: Stationary fuel cell power
plants - Safety
Alle systemen van Plug Power voldoen aan deze nationale en internationale
normen en zijn dan ook CE gecertificeerd.
In deze fase van de ontwikkeling heeft overheidsbeleid grote invloed op de
markt. De eerste commerciële systemen zijn beschikbaar, er zijn voldoende
leveranciers. Het moment is aangebroken om de markt te stimuleren en niet
langer de technostarters. Juist omdat de bedrijfstak net aan het opstarten is
kan de overheid met een kleine stimulans veel bereiken. Daarbij denken wij
vooral aan (belasting)voordelen voor eindgebruikers.
Stimulering van de vraag heeft ook gevolgen voor de industriële ontwikkeling.
De industrie volgt de markt. Als voorbeeld kunnen we wijzen op
Nordrheinland-Westfalen in Duitsland. Deze deelstaat herbergt dertig procent
van alle Europese brandstofcelinstallaties, en ook dertig procent van de
Europese brandstofcelindustrie is hier gevestigd.
Door eindgebruikers te subsidiëren, kunnen deze kiezen voor de beste
producten en business models. Laat verder de leveranciers de R&D projecten
kiezen die leiden naar marktsucces. Voorbeelden van zulke
stimuleringsprogramma's zijn er voldoende. In de VS wordt op basis van de
Energy Policy Act van 2005 30% belastingvoordeel gegeven op de totale
kosten van geïnstalleerd vermogen, tot $1000/kW. Het Wereldbank (IFC)
program (Zuid Afrika) subsidieert 50% van de investeringskosten (tot
$2000/kW). Japan vergoedt tot 3 miljoen yen (€22,500) per systeem voor de
eindgebruiker (1kW WKK).

Als Nederland nu op de juiste manier stimuleert kunnen we over enkele jaren
nummer één in geïnstalleerd vermogen zijn. En de industrie volgt de vraag.
De tijd is rijp voor stimulering van de markt.

B-06-025
www.ecn.nl
www.jrc.ec.europa.eu