Promovendus ontwikkelt methode om duizenden waterstofscenario’s voor Nederland door te rekenen

Een wiskundig econoom van de Universiteit van Amsterdam heeft een nieuwe rekenmethode bedacht die niet uitgaat van één toekomstscenario, maar duizenden mogelijke waterstoftoekomsten tegelijk analyseert. Deze aanpak moet leiden tot betere en robuustere investeringsbeslissingen voor de waterstofinfrastructuur in Nederland.  

Tot nu toe wordt vaak gedacht in één optimaal toekomstbeeld bij het plannen van investeringen in waterstof, maar dat is volgens de onderzoeker kwetsbaar als de werkelijkheid anders uitpakt dan verwacht. Door duizenden varianten door te rekenen, laat de nieuwe methode zien welke keuzes ook in onzekere omstandigheden goed blijven werken. 

De promovendus, Justin Starreveld, zette het rekenprobleem om in een model met mogelijke beslispaden, doelen en randvoorwaarden. Een speciaal algoritme, genaamd ROBIST, helpt het model realistisch te houden terwijl het leert van de berekeningen zonder dat het rekenwerk onbetaalbaar wordt. 

Starreveld past zijn methode onder meer toe op een industrieel gebied in Zuidwest-Nederland waar energie intensieve bedrijven zoals een raffinaderij, chemische fabriek en kunstmestproducent zijn gevestigd. Voor deze bedrijven is het verduurzamen van energiegebruik lastig met alleen wind- en zonne-energie. Waterstof kan daar een belangrijk onderdeel van de energiemix worden, maar welke investeringen op welk moment nodig zijn, blijft onduidelijk zonder degelijk rekenwerk. 

Volgens de onderzoeker biedt deze nieuwe, scenario-rijke aanpak betere investeringsadviezen dan traditionele methoden: keuzes die in één toekomstbeeld ideaal lijken, blijken in de praktijk vaak minder robuust zodra omstandigheden veranderen. 

Micro4biogas: optimalisatie van biogasproductie voor een betere toekomst

Vanuit zijn visie op verduurzaming, ziet GasTerra een blijvende behoefte aan moleculen, tijdens maar ook na de transitie naar een duurzaam energiesysteem. Een belangrijke rol is daarbij weggelegd voor groen gas, dat ruwweg dezelfde samenstelling heeft als aardgas maar afkomstig is uit biologische, CO2-neutrale grondstoffen zoals rioolslib en plantaardige resten. 

Er zijn meerdere methoden om uit die grondstoffen groen gas te produceren. Een nu al veel toegepaste methode is vergisten, een proces waarbij microben het groene gas produceren. Daarvoor is veel onderzoek gedaan naar mogelijke verbeteringen in de gebruikte installaties, maar GasTerra zag weinig onderzoek naar het optimaliseren van dit biologische productieproces zelf. Toen zich rond 2020 een consortium vormde met een voorstel om hier onderzoek naar te doen, sloot het zich daar dan ook graag bij aan.

Dankzij een subsidie van de Europese Unie[1] kon het consortium van veertien onderzoeksinstellingen en bedrijven in 2021 van start. In vier jaar tijd werd allereerst gekeken naar de mogelijkheid om via bioaugumentatie, het introduceren van specifieke micro-organismen (microben), het vergistingsproces te optimaliseren. Doel was niet alleen om de opbrengst aan groen gas te verhogen, maar ook bij te dragen aan de snelheid en robuustheid van het vergistingsproces. De uitdaging daarbij is, die organismen te selecteren die tot procesoptimalisatie leiden en die daarbij weten te overleven tussen de al aanwezige veelheid microben.

Kerngedachte voor het project was dat gezocht werd naar een methode om succesvolle organismen te selecteren vanuit al bestaande biogasinstallaties. Tijdens de zoektocht werden tachtig samples genomen uit een veelheid aan installaties. Het harde werken met die samples gedurende de afgelopen vier jaar heeft zich uitbetaald. Een veel beter begrip over de rol van de meer dan 300 microbiële groepen die een sleutelrol in de vergisting spelen, is het resultaat. Daarbij werd een geheel nieuwe orde ontdekt, de darwinibacteriën.
Het mooiste van alles: het onderzoek heeft geleid tot een product dat in een vervolgproject opgeschaald kan worden naar een ‘kit’, die ingezet kan worden om de gewenste procesoptimalisatie grootschalig in Europa toe te passen. Hiertoe wordt door een deel van het consortium een nieuwe subsidieaanvraag voorbereid. Gegeven de afbouw van GasTerra zullen wij daar helaas niet aan meedoen.

Naast de optimalisatie had MICRO4BIOGAS nog een aantal andere doelen. Het project heeft tot een update van de marktkansen voor groen gas geleid. Daarbij spelen commerciële aspecten een rol, maar zeker ook regulatoire. Voor beide werd duidelijk dat Europa voor potentiële groen gas producenten nog erg gefragmenteerd is. Daarnaast ontwikkelden een aantal partners een soort doe-het-zelf pakket, dat in het onderwijs ingezet kan worden. Ook zijn een aantal e-learning modules ontwikkeld. 

Ten slotte was er nauwe samenwerking met het stadje Aras de los Olmos. In het project was het oorspronkelijk de bedoeling om de ontwikkelde kit in de daar te bouwen biogasinstallatie toe te passen. Toen de bouw ervan (door vertragingen in de vergunningverstrekking) niet haalbaar bleek, is besloten om een tijdelijke kleinschalige reactor neer te zetten waar alsnog een aantal proeven mee gedaan kon worden.

Van CO2 en waterstof naar duurzame vliegtuigbrandstof

De luchtvaart was in 2021 verantwoordelijk voor bijna 14% van de transportuitstoot in de EU. Om de sector duurzamer te maken, biedt duurzame vliegtuigbrandstof (SAF) momenteel de enige haalbare optie voor langeafstandsvluchten. 

Het Europese project TAKE-OFF, geleid door TNO, bundelt de krachten van tien partners om technologie te ontwikkelen die CO2 en hernieuwbare waterstof omzet in SAF.

Alternatieve aandrijftechnieken zoals elektrische of waterstofvliegtuigen zijn voorlopig niet geschikt voor langeafstandsvluchten. Conventionele synthetische processen zoals Fischer-Tropsch produceren een breed scala aan koolwaterstoffen en vereisen veel nabewerking om bruikbare vliegtuigbrandstof te verkrijgen.

Biobrandstoffen zijn beperkt door de beschikbaarheid van grondstoffen zoals frituurvet en dierlijke vetten. Deze uitdagingen vragen om gerichte, efficiënte oplossingen.
Twee complementaire routes

Het consortium ontwikkelde twee routes om CO2 en waterstof om te zetten in duurzame vliegtuigbrandstof:

    Directe route: CO2 en H2 worden in één stap omgezet naar lichte olefinen (ethyleen en propyleen), die dienen als bouwstenen voor jetfuel.
    Indirecte route: CO2 en H2 worden eerst omgezet naar methanol, vervolgens naar dimethylether, en daarna naar lichte olefinen. Deze route heeft een hogere selectiviteit voor de gewenste producten. 

Beide routes leiden tot aanzienlijke efficiëntiewinsten en maken een gerichte productie van vliegtuigbrandstof mogelijk.

Een cruciale doorbraak is de SIENNA-reactor, die water dat tijdens de reactie ontstaat continu afvoert via een selectief membraan. Hierdoor wordt de CO2-omzetting verhoogd van 20% naar 37%, wat resulteert in kleinere installaties, lager energieverbruik en betere economische haalbaarheid.

Na vier jaar onderzoek produceerde het TAKE-OFF-team een liter vliegtuigbrandstof uit CO2 en waterstof. De brandstof voldoet aan de fysieke eigenschappen die nodig zijn voor certificering en genereert vier keer minder roet dan conventionele kerosine.

Ook aromaten en zwavelverbindingen zijn nagenoeg afwezig, waardoor NOx-, SOx- en deeltjesemissies significant lager liggen. Dit draagt bij aan een betere luchtkwaliteit en een lager klimaateffect van condenssporen.

Invoedingskompas Groen Gas gelanceerd

De regionale netbeheerders lanceerden op 12 januari het Invoedingskompas Groen Gas: een gezamenlijke online kaart die initiatiefnemers helpt oriënteren. Het kompas laat zien waar nu ruimte (invoedingscapaciteit) beschikbare is om groen gas in te voeden, waar netaanpassingen gepland staan en waar kansen liggen voor groei van invoedingscapaciteit op de middellange termijn. Het is een startpunt voor het gesprek en een algemeen inzicht; het vervangt het contact met de netbeheerder niet.

In de afgelopen jaren groeide in de hele sector de behoefte aan een toegankelijk instrument waarmee netbeheerders hun inzichten over beschikbare invoedingscapaciteit kunnen delen met de buitenwereld. Potentiële producenten, overheden en andere partijen willen eerder en beter weten waar het gasnet ruimte heeft en waar netaanpassingen nodig zijn.

Met het invoedingskompas groen gas komt dat instrument er nu daadwerkelijk. De netbeheerders publiceren samen een online kaart die laat zien waar op de regionale gasnetten invoedingscapaciteit beschikbaar is, nu en in de toekomst. Het kompas wordt landelijk gelanceerd via Netbeheer Nederland en EDSN. Stedin vervulde hierbij de trekkersrol in de sectorale werkgroep; Iman Pishbin trad daarbij op als trekker én sector Epic Owner, naast zijn rol als gasnet strateeg bij Stedin.

Het invoedingskompas is een eenvoudig te gebruiken oriëntatie-instrument. Gebruikers kunnen zelf verkennen waar op het gasnet invoedingscapaciteit beschikbaar is om groen gas in te voeden en waar netaanpassingen gepland staan. De kaart bundelt data van alle regionale netbeheerders en maakt die zichtbaar in één online omgeving. Door de periodieke update blijft het beeld actueel en wordt het eerste gesprek tussen initiatiefnemer en netbeheerder beter voorbereid en doelgerichter.

De wens voor meer transparantie over invoedingscapaciteit leefde sectorbreed. Binnen die context nam Stedin het initiatief om hier concreet invulling aan te geven. In eerste instantie werd binnen Stedin een overzicht ontwikkeld waarin per gebied de ruimte voor invoeding van groen gas inzichtelijk werd gemaakt. Dit groeide door tot een Power BI-dashboard dat, met data van alle regionale netbeheerders, als gezamenlijk overzicht voor de hele sector werd gebruikt. 

Crematorium in Enschede begint proef met crematie op waterstof

Het crematorium van Crematoria Twente in Enschede is begonnen met een proef om lichamen te cremeren met behulp van groene waterstof in plaats van aardgas. Dit is de eerste keer in Nederland dat deze methode op haalbaarheid en duurzaamheid wordt getest.  

Het doel is om te onderzoeken of waterstof, die CO₂-neutraal kan worden geproduceerd, een goed alternatief is voor de traditionele gasovens die normaal gesproken veel CO₂ uitstoten. Als de proef slaagt, kan aan het eind van dit jaar de eerste officiële crematie op waterstof plaatsvinden.  

Het crematorium past één van de bestaande oveninstallaties aan om de test uit te voeren. Volgens de directie gaat het cremeren zelf goed — dat is immers al eerder getest in Engeland — maar de aandacht ligt vooral op de veiligheid, betrouwbaarheid en de impact op de technische apparatuur. De proef wordt mede mogelijk gemaakt door een Europese subsidie.  

Wanneer alles goed blijkt te werken, wil het crematorium dit vooraf communiceren aan families, zodat mensen zelf kunnen kiezen voor een duurzame crematie op waterstof. In Nederland worden elk jaar ongeveer 100.000 mensen gecremeerd, meestal met aardgasovens. Als de oven op waterstof werkt, is dat CO₂-neutraal omdat de waterstof geen CO₂ uitstoot bij verbranding.  

Er is steeds meer aandacht voor duurzame alternatieven na overlijden. Naast deze waterstofproef worden bijvoorbeeld ook andere opties zoals resomeren (het oplossen van een lichaam in een warme vloeistof) onderzocht.  

Nieuwe methode kan 30 liter waterstof per gram plastic per uur produceren

Zweedse wetenschappers aan de Chalmers University of Technology hebben een innovatieve techniek ontwikkeld om waterstof te maken met zonlicht, zonder gebruik te maken van het dure en zeldzame metaal platina. Hun resultaat: met slechts één gram geleidende plastic nanodeeltjes kan in een uur zo’n 30 liter waterstofgas worden geproduceerd onder laboratoriumomstandigheden.  

In plaats van platina gebruiken de onderzoekers elektrisch geleidend kunststof dat zonlicht opneemt en in contact met water een chemische reactie versnelt. Die kunststof is verwerkt tot nanodeeltjes die beter met water samenwerken, waardoor de omzetting van licht in waterstof veel efficiënter verloopt dan bij traditionele platina-gebaseerde systemen. 

Het proces is onderdeel van wat fotokatalytische waterstofproductie wordt genoemd: zonlicht splitst water rechtstreeks in waterstof en zuurstof, zonder eerst in elektriciteit omgezet te worden.  

Hoewel de techniek al indrukwekkende hoeveelheden waterstof laat zien, gebruiken de onderzoekers momenteel nog een extra hulpstof (zoals vitamine C) om de reactie op gang te houden en te voorkomen dat deze stagneert. De ambitie is om het systeem verder te verfijnen zodat alleen zonlicht en water nodig zijn voor volledige en duurzame waterstofproductie. 

Deze ontwikkeling kan een stap betekenen naar goedkopere en milieuvriendelijkere waterstof, doordat dure metalen zoals platina worden vermeden en het productieproces eenvoudiger en potentieel goedkoper wordt. 

Inagro start met pilootvergister voor praktijktesten van biomethaan-technieken

Onderzoekscentrum Inagro heeft op zijn biogassite in Roeselare een nieuwe pilootvergister van 1.000 liter in gebruik genomen. Deze installatie vormt een belangrijke stap om innovaties rond biogasvergisting van het laboratorium naar de praktijk te brengen. 

De vergister biedt een realistische testomgeving waarin onderzoekers, bedrijven en universiteiten nieuwe vergistingstechnieken kunnen uitproberen zonder grote investeringen te hoeven doen. Een belangrijk doel is om biogas op te waarderen tot hoogwaardig biomethaan dat geschikt is als duurzame energiebron, bijvoorbeeld als brandstof voor landbouwmachines en mogelijk later ook voor injectie in het aardgasnet.  

De installatie ondersteunt onder meer in-situ biomethanatie, een proces waarbij waterstof aan de vergister wordt toegevoegd om het methaangehalte van het biogas te verhogen. Dit levert zuiverder en energie-rijker gas op, wat de praktische toepasbaarheid vergroot. 

Door technologieën op deze schaal te testen, kunnen knelpunten sneller worden opgespoord en oplossingen eerder worden gevalideerd. Dit versnelt de implementatie van duurzame technieken in de landbouw en helpt boeren en ontwikkelaars om beter zicht te krijgen op de mogelijkheden van biogas en biomethaan. 

Volgens betrokkenen vormt de pilootvergister een brug tussen onderzoek en praktijk, waardoor de energietransitie en circulaire landbouw op het platteland concreter worden.