[English version below]

Er wordt veel gepraat over waterstof. Het gaat dan gewoonlijk over technische zaken, investeringskosten, en dergelijke. Zelden over de economische voorwaarden, terwijl die uiteindelijk bepalen of investeerders bereid zijn hier (veel) geld in te steken. Een team van de Rijksuniversiteit Groningen, bestaande uit Machiel Mulder, Peter Perey en Jose Moraga onderzocht de economische kansen van dit wondermiddel. De conclusies leveren een gemengd beeld op. We vroegen Machiel Mulder waarom. “De potentie van waterstof is groot, maar …”

Velen zien waterstof als het Ei van Columbus om het opslagprobleem van duurzame elektriciteit op te lossen en de energietransitie te versnellen. In uw onderzoeksrapport tempert u het enthousiasme.

Machiel Mulder: “We moeten om te beginnen een goed onderscheid maken tussen de verschillende soorten waterstof. Tot nu toe wordt het vooral gemaakt uit aardgas en is bestemd voor de petrochemische industrie. Blauwe waterstof is hetzelfde als grijze waterstof maar de CO2-wordt afgevangen en opgeslagen of gebruikt. Maar we willen eigenlijk groene waterstof uit elektrolyse. Als je daar een markt voor wilt creëren, moet groen met grijs kunnen concurreren. Daarvoor zijn drie factoren bepalend: de prijs van aardgas, de elektriciteitsprijs en het klimaatbeleid. Wat doet Brussel, wat doet Den Haag met CO2-beprijzing en heffingen op aardgas en wat gebeurt op de internationale gasmarkt?”

Dat zijn drie onzekere factoren.

“Ja, en het is niet eenvoudig om al die onzekerheid weg te nemen. De potentie van waterstof is groot: het kan methaan deels of geheel vervangen; het kan gemakkelijk worden opgeslagen en door pijpleidingen worden vervoerd. Maar als aardgas goedkoop wordt, bijvoorbeeld doordat wereldwijd veel nieuwe velden worden aangeboord, heb je heel veel subsidie nodig om groen met grijs te kunnen laten concurreren. De vraag is of we er dat als samenleving voor over hebben, zeker bij grootschalig verbruik. Kortom, de markt gaat uit zichzelf nog niet zorgen voor groene waterstof; investeerders willen er toch op kunnen rekenen dat ze voldoende rendement behalen. De overheid moet dus een actieve rol spelen.”

 Blauwe waterstof is, zegt u, goedkoper dan groene waterstof en dankzij CCS (=carbon capture and storage) toch duurzaam. Maar het afvangen en opslaan van CO2 is toch ook heel duur?

“Bij een CO2-prijs van ongeveer 30 euro wordt blauw goedkoper dan grijs. Als dat niveau wordt gehaald komen de investeringen vanzelf. We zitten er al bijna. En alles wijst er op dat de CO2-prijs verder zal stijgen. Het moment waarop blauw goedkoper is dan grijs, komt daardoor snel dichterbij. Er is maar één mogelijke spelbreker: de maatschappij wil het vooralsnog niet, omdat men het niet vertrouwt of niet echt duurzaam vindt. Mij lijkt dat onnodig; dat CCS onveilig of schadelijk zou kunnen zijn, is nooit aangetoond en daarom vooral perceptie. Toegegeven, bij CCS blijf je fossiele energie gebruiken, maar er zijn geen CO2-emissies meer en daar is het toch uiteindelijk om begonnen. Een ander aspect is het gevoel dat we liefst onafhankelijk willen zijn. Voor blauwe waterstof moeten we aardgas importeren, voornamelijk uit Rusland. Groene waterstof kunnen we in ons eigen land maken. Dat voelt prettig maar je moet daar heel veel subsidie tegenaan gooien. Wie gaat dat uiteindelijk betalen? De burger denk ik.“

“Dit draait dus om maatschappelijk keuzes. Om die verantwoord te kunnen maken moet je groene waterstof objectief vergelijken met andere opties zoals het installeren van elektrische warmtepompen. Dat kost natuurlijk ook veel geld. Huizen moeten worden geïsoleerd; warmtepompen zijn relatief duur en ik verwacht niet dat de kostprijs snel zal dalen door schaalvoordelen. Het zijn gewoon omgekeerde airconditioners. Blauwe waterstof kan in dit verhaal een kosteneffectieve oplossing zijn.”

In feite zegt u dat blauwe waterstof onmisbaar is als wegbereider van groene waterstof.

“Ja, dat klopt. Zonder CCS gaat het naar mijn overtuiging niet lukken, althans dan komt een waterstofmarkt voorlopig niet van de grond.”

“Waar we in ons onderzoek ook aandacht aan hebben besteed, is de vraag naar groene stroom. Los van de vraag of de kostprijs van groene waterstof kan concurreren met de die van blauwe waterstof , moeten we ook beseffen dat groene stroom schaars is. Door de bouw van windmolenparken en de aanleg van zonnepanelen komt de komende jaren een forse en groeiende hoeveelheid duurzame elektriciteit op de markt. De opwekking daarvan gaat zoals bekend met pieken en dalen. Soms zijn er overschotten, soms is er te weinig. Duurzame waterstofproductie is een aantrekkelijke oplossing om die overschotten te bufferen. Maar dat heeft wel invloed op de energiemix. De elektriciteit die je nodig hebt om groene waterstof te maken, moet je immers aan het bestaande systeem onttrekken. Elektrolyse voor waterstofproductie moet zo concurreren met andere elektriciteitsgebruikers. Er zijn veel bedrijven die liefst groene stroom willen en dan liefst groene stroom uit Nederland of, nog beter, uit Noord Nederland. Ik heb in dat verband al de term oranje waterstof gehoord. Voordat we daar voldoende van kunnen maken, moet er fysiek heel veel stroom over zijn. Dit feit wordt helaas veronachtzaamd. Als ik dit aan mensen uitleg, zijn ze vaak verrast. Oké, zo werkt dat dus? Ja, zo werkt de markt. Als je groene stroom koopt, koop je stroom én certificaten, garanties van oorsprong.“

En je kunt niet meer garanties van oorsprong verstrekken dan er groene stroom is.

“Nee en ook daarom zal oranje waterstof het moeilijk krijgen, want er is te weinig aanbod van groene stroom in deze regio in vergelijking met de vraag.”

Je kunt groene stroom toch ook importeren?

Ja, maar dat ligt gevoelig. Zoals ik zei, men wil Nederlandse groene stroom. In Europa is er voldoende aanbod, uit Scandinavië, IJsland, enzovoort. De prijs van Europese certificaten is daardoor niet zo hoog. Ik vind het ook daarom jammer dat zo sterk naar de oorsprong van groene waterstof wordt gekeken. Dat drijft de prijs nodeloos op. Groene waterstof uit uitsluitend Noord-Nederlandse wind is dus niet realistisch. Die prijst zich vanzelf uit de markt. De certificaten voor zonnestroom uit Noord Nederland gaan nu al richting de 10 euro heb ik gehoord van inkopers. En voor wind is het ongeveer 5 euro, terwijl je voor een certificaat voor gewone groene stroom één euro kwijt bent. Kortom, niet echt reëel.”

We hebben toch een Europese stroommarkt. Waarom moeten we al die elektriciteit in Nederland opwekken?

“Dat begrijp ik ook niet. Dit willen we allemaal lokaal doen, terwijl we zo ongeveer al het andere overal vandaan halen. We maken het onszelf zo heel moeilijk. Ik begrijp dat Noord Nederland wil investeren in windenergie. Dan krijgen we meer duurzame energie en dat is immers nodig. Maar als we vervolgens alleen maar groene stroom uit die bron willen hebben, lopen we tegen de grenzen aan. Als je de enige gemeente bent die exclusief groen stroom uit de eigen regio wil, zou het kunnen, maar dat is niet het geval.”

Waarom komt die boodschap niet over?

“Omdat het idee heerst dat er in de toekomst meer dan voldoende wind- en zonne-energie zal zijn. Ik betwijfel dat. In onze studie over de toekomst van waterstof hebben we berekend hoe laag de stroomprijs gemiddeld moet zijn om elektrolyse rendabel te maken. Dat is om en nabij de 20 euro per megawattuur. De stroomprijs is nu ca. 50 euro! Om op 20 of minder uit te komen heb je heel veel momenten van overschot nodig. We hebben onderzocht hoe vaak die momenten er zijn. Dat valt nogal tegen, ook al doordat de stroomvraag enorm toeneemt. Denk aan elektrische auto’s.”

“In onze studie wijzen we ook op een paar dilemma’s in het klimaatbeleid. Om investeringen in wind- en zonnestroom te stimuleren zijn langdurig hogere stroomprijzen nodig, anders zijn die investeringen niet rendabel, maar voor groene waterstof heb je juist langdurig of heel frequent lage stroomprijzen nodig. Het zal daarom heel moeilijk zijn om omstandigheden te creëren die zowel hernieuwbare energie als groene waterstof bevorderen. Een ander probleem is dat voor een effectief klimaatbeleid de CO2-prijs in het Europese handelssysteem omhoog moet om investeringen in hernieuwbare energie te stimuleren, maar op korte termijn betekent dat dat de stroomprijs verder omhoog gaat, waardoor groene waterstof het economisch nog moeilijker krijgt.”

Het is een heel kleurenpallet: grijze, blauwe, groene en oranje waterstof. Die laatste twee willen we eigenlijk het liefst maar u zegt dat dit niet realistisch is. Toch wil een meerderheid in politiek en samenleving het. Wat moet er gebeuren om groene waterstof toch een kans te geven?

“Een streng klimaatbeleid. Als huishoudens meer belasting betalen op aardgas, de CO2-prijs naar ca. 60 euro stijgt door heffingen en/of ingrepen in het emissiehandelssysteem en de stroomprijs rond de 20 euro per MWh schommelt, pas dan is groene waterstof profijtelijk. Het is niet waarschijnlijk dat dit op korte termijn gebeurt. ”

Tekst: Anton Buijs, Gasterra

Meer informatie
Contact: Machiel Mulder, hoogleraar Regulering van Energiemarkten, e-mail: machiel.mulder rug.nl, tel.: 06-31035729

Download het volledige onderzoek Outlook for a Dutch hydrogen market. Economic conditions and scenarios 

==================================================================
[English version]

Green hydrogen is far too expensive for the moment

We hear a lot about hydrogen, usually about technical matters, investment costs and similar topics. We don't hear much about the economic conditions, even though that's what determines whether investors want to put (a lot) of their money into it. A team from the University of Groningen, comprising Machiel Mulder, Peter Perey and Jose Moraga have been exploring the economic potential of this panacea. The conclusions show a mixed picture and we asked Machiel Mulder why. “Hydrogen has great potential, but …”

 Many see hydrogen as a fantastic solution for solving the problems associated with storing sustainable electricity and accelerating the energy transition, but in your report your enthusiasm is restrained.

Machiel Mulder: “First of all, we need to make a clear distinction between the different types of hydrogen. Up to now it has mainly been made from natural gas and intended for the petrochemical industry. Blue hydrogen is the same as grey hydrogen but the CO2 is captured and stored or used. However, what we really want is green hydrogen from electrolysis; if you want to create a market for that, green must be able to compete with grey. Three factors are crucially important for that: the price of natural gas, the price of electricity and the climate policy. What's Brussels doing, what's The Hague doing with CO2 pricing and levies on natural gas and what's happening on the international gas market?”

Those are three uncertain factors.

“Yes, and removing all the uncertainty is not a straightforward task. Hydrogen has great potential: it can wholly or partially replace methane; it can be stored easily and transported through pipelines. But if natural gas becomes a cheap resource, such as would be the case if many new fields were drilled worldwide, you would need large subsidies to enable green to compete with grey. The question is whether we, as a society, are willing to commit to that, certainly where large-scale use is concerned. In short, the market will not pave the way for green hydrogen on its own; investors want to be able to count on making an adequate return. The government must therefore play an active role.”

 According to you, blue hydrogen is cheaper than green hydrogen and yet, thanks to CCS, sustainable; but isn’t CO2 capture and storage very expensive?

“At a CO2  price of around 30 euros, blue becomes cheaper than grey. If that level is reached, investments will follow naturally; we're almost there. And there is every indication that CO2 prices will rise further meaning that the moment when blue is cheaper than grey is fast approaching. But there's one thing that could spoil everything, which is that society doesn't want it at the moment because people don't trust it or don't find it genuinely sustainable. That seems unnecessary to me; it's never been proved that CCS could be unsafe or harmful and therefore it's mainly a matter of perception. Admittedly, fossil energy is still being used for CCS but CO2 emissions are being removed and that's ultimately why this all began. Another aspect is the feeling that we would prefer to be independent. We would have to import natural gas, mainly from Russia, to make blue hydrogen whereas we can make green hydrogen in our own country. That feels good but then you need to invest a lot of subsidy money in it and who's going to pay for that ultimately? People like me and you.“

“This is therefore about making social choices. In order to make it responsibly you have to compare green hydrogen objectively with other options such as installing electric water pumps. Of course, that also costs a lot of money. Houses have to be insulated; heat pumps are relatively expensive and I don't expect that cost prices will fall quickly due to economies of scale. These are ordinary inverse air conditioners. In this scenario, blue hydrogen can be a cost-effective solution.”

Essentially you're saying that blue hydrogen is indispensable for paving the way for green hydrogen.

“Yes, that's right. I'm convinced that it won't work without CCS, at any rate a market for hydrogen won't get off the ground for the time being without it.”

“Our investigation also looked at the demand for green power. Irrespective of whether the cost price of green hydrogen can compete with that of blue hydrogen, we must also appreciate that green power is a scarce resource. The next few years will see a substantial, growing quantity of sustainable electricity on the market as a result of wind farms being built and solar panels being installed. As is well known, generating electricity in this way is linked to peaks and troughs; sometimes there are surpluses, sometimes there's too little. Sustainable hydrogen production is an attractive solution for buffering the surpluses but this does have an impact on the energy mix. As the electricity required for making green hydrogen has to be extracted from the existing system. In this way, electrolysis required for hydrogen production must compete with other electricity users. Many companies would prefer green power and would prefer that green power to be from the Netherlands or, even better, from the North Netherlands. I've already heard the term 'orange hydrogen' in that connection. Before we can make enough of that, we need a surplus of physical electricity but unfortunately this fact is neglected. When I explain this to people, they're often surprised. Okay, is that how it works? Yes, that's how the market works. When you buy green power, you buy power andcertificates, guarantees of origin.“

And you can't issue more guarantees of origin than the amount of green power available.

“No, and that's another reason why it will be difficult for orange hydrogen, for the supply of green power in this region is too small compared to demand.”

But can't you also import green power?

Yes, but that's a delicate issue. As I said, people want green power made in the Netherlands. There is an adequate supply in Europe, from Scandinavia, Iceland etc., meaning that the price of European certificates is not as high. That's why I also think it's a shame that people look so closely at the origin of green hydrogen. That drives the price up unnecessarily. It's therefore not realistic to produce green hydrogen exclusively from North Netherlands wind; it's pricing itself out of the market. I've heard from buyers that certificates for solar power produced in the North Netherlands are already moving towards a price of 10 euros. And it's around five euros for wind whereas a certificate for ordinary green power will only cost you one euro. In short, it's not really feasible.”

But we have a European electricity market so why do we have to generate all the electricity in the Netherlands?

“I don't understand that either. Everyone wants to produce it locally but we get everything else from all over. We make it so very difficult for ourselves. I understand that the North Netherlands wants to invest in wind energy; this will provide more sustainable energy which is necessary. But if we then only want to have green power from that source, we will soon reach our limits. If you were the only municipality that wanted green power exclusively from your own region, that might be possible – but that's not the case.”

Why isn't the message getting through?

 “Because many people believe that there will be more than enough wind and solar energy in the future, but I doubt that. Inour study about the future of hydrogen, we calculated how low the price of electricity must be, on average, to make electrolysis profitable. We came up with a figure of around 20 euros per MWh. But the price of electricity is currently around 50 euros! To end up at 20 or less you need a lot of times when surplus power is being produced. We looked into how frequently this occurs but it turned out to be a bit disappointing especially since the demand for power is rising sharply; just think about electric cars, for instance.”

“Our study also points out a few dilemmas in the climate policy. In order to stimulate investments in wind and solar power, electricity prices need to be higher over the long term, otherwise the investments are not profitable, but to produce green hydrogen you need precisely the opposite: electricity prices that are lower over the long term or on frequent occasions. For that reason, it will be very difficult to create circumstances where both renewable energy and green hydrogen are promoted. Another problem is that, for an effective climate policy, the CO2 price in the European trading system must rise to stimulate investments in renewable energy, but in the short term that means that electricity prices rise further, making it even tougher economically for green hydrogen.”

There's a whole range of colours: grey, blue, green and orange hydrogen. We would really prefer the latter two, but you say that this isn’t realistic. Yet the majority of people in politics and society want that so how can we give green hydrogen a chance?

“A stringent climate policy. Green hydrogen will only become profitable if households pay more tax on natural gas, CO2 prices rise to around 60 euros as a result of levies and/or intervention in the emissions trading system and electricity prices hover around 20 euros per MWh. This is unlikely to be short-term phenomenon.”

Text: Anton Buijs, Gasterra

More information
Contact: Machiel Mulder, e-mail: machiel.mulder rug.nl, tel.nr.: 06-31035729

Download the whole report Outlook for a Dutch hydrogen market. Economic conditions and scenarios