Position Paper: Verduurzamen en elektrificeren: twee kanten van de medaille van EU targets
Deze positiepaper onderzoekt het algemene decarbonisatiebeleidskader van de EU en stelt dat hoewel de doelstellingen voor het koolstofvrij maken, elektrificeren en voor schone elektriciteitsopwekking haalbaar zijn, het twijfelachtig is dat de groene waterstofsector van de EU zijn eigen beloften zal waarmaken. Dit door een tekort aan groene elektriciteit die nodig is om schone moleculen te produceren.
Geschreven door Ronnie Belmans (EnergyVille/KU Leuven) en Jean-Michel Glachant (Florence School of Regulation).
- De kerndoelstelling van de EU is de broeikasgasuitstoot tot nul brengen, voornamelijk door het verduurzamen van de energie die we gebruiken (we hebben het hier niet over landbouw, veeteelt, bosbranden of ontbossing).
- Energie valt onder de regels en wetten van de natuurkunde. Daarom moeten we coherent zijn met de natuurkundige basisprincipes van energiebronnen, energievectoren en energiegebruik wanneer we energiebronnen willen verduurzamen. Hoewel energie zelf nooit zal verdwijnen, heeft het verschillende vormen en leidt de transformatie van de ene vorm naar de andere tot een verlies vanuit het oogpunt van mogelijk energiegebruik. De Europese kerncentrales produceren bijvoorbeeld elk jaar ongeveer 2.300 TWh nucleaire warmte, maar deze warmte levert slechts 750 TWh elektriciteit. Elektriciteit is de hoogste vorm van energie en heeft de hoogste kwaliteit, dit omdat het voor zoveel toepassingen ingezet kan worden met een zeer hoge efficiëntie. De 3.350 TWh aan brandstoffen die elk jaar in de EU wordt verbruikt voor transport over land zou bijvoorbeeld kunnen worden vervangen door 1.100-1.300 TWh aan elektriciteit. Een ander voorbeeld: de warmtepompen voor gebouwen worden gedefinieerd door hun “prestatiecoëfficiënt” ten opzichte van brandstofverwarming: deze is minimaal 3 (3 keer meer) en maximaal 4,5. Het elektrificeren van elke verwarmingsinstallatie in de EU zou daarom kunnen gebeuren met 1.100-1.300 TWh elektriciteit. Daarom is het elektrificeren van elk energieverbruik dat geëlektrificeerd kan worden een gezonde houding volgens de natuurkunde: “elektrificatie eerst” dus. Aangezien elektriciteit zelf gemakkelijk rechtstreeks kan worden geproduceerd uit de primaire bronnen van hernieuwbare energie (zoals wind en zon), blijkt het voeden van deze elektrificatie met die hernieuwbare elektriciteit een zeer robuuste en zeer efficiënte manier om onze EU-economie en -maatschappij koolstofvrij te maken.
- Als elektriciteit niet bruikbaar is als directe energiedrager voor bepaalde toepassingen, moet er aan een ander middel om te verduurzamen worden gedacht. Er zijn verschillende soorten processen om te verduurzamen. Een daarvan is schone moleculen produceren met schone elektriciteit (“indirecte elektrificatie”). Een andere is om bio-energie uit de natuur te oogsten en om te zetten in de juiste molecule (“biobrandstoffen”). Nog één is om de geproduceerde CO2 op te vangen en op te slaan of te gebruiken (CCS-CCU).
- De productie van schone moleculen uit elektriciteit is erg populair geworden in de discussies over het energiebeleid van de EU onder de algemene noemer “groene waterstof“. Als molecuul is waterstof (H2) en zijn “familie” (zoals ammonia en methanol) technisch in staat om een zeer grote reeks energiediensten te leveren (o.a. transport, verwarming en koeling). In een beleid dat prioriteit geeft aan decarbonisatie, is de groene waterstoffamilie echter slechts een tool en moet het als zodanig worden vergeleken met de andere tools in de gereedschapskist. Groene waterstof levert “indirecte elektrificatie”, aangezien het schone elektriciteit is die wordt omgezet in een andere energiedrager. Het moet daarom worden vergeleken met “directe elektrificatie” in ons algemene EU-beleidskader voor het koolstofarm maken van de economie.
- Het productieproces van waterstof met electrolysers verbruikt minstens 25% van de gebruikte elektriciteitsenergie en verplaatst slechts 75% van de energie naar de nieuwe vector. Bovendien werkt H2 in veel toepassingen met een zeer lage energie-efficiëntie die typisch is voor fossiele brandstoffen. In het transport over land bijvoorbeeld zetten de brandstofcellen die H2 verbruiken slechts 50% van de aanvankelijke energie om in schone elektriciteit, wat leidt tot een totale efficiëntie (elektriciteit van de windturbine naar elektriciteit van de motor van de auto, rekening houdend met de energie om de tank te vullen) van 32%. Vanuit het standpunt van een decarbonisatiebeleid is dit duidelijk een zeer inefficiënt gebruik van de aanvankelijke schone elektriciteit. Voor verwarming en koeling hebben we al gezien dat directe elektrificatie 3 tot 4,5 efficiënter is dan het traditionele gebruik van brandstof.
- Om de omvang van deze kwestie op Europees niveau te begrijpen, moet men naar het globale plaatje in 2030 kijken. Op dit moment verbruikt de EU 2750 TWh elektriciteit per jaar. Met de toenemende elektrificatie die ons beleid stimuleert, gaat Eurelectric ervan uit dat we in 2030 3.590 TWh zullen verbruiken. Om deze elektrificatie koolstofarm genoeg te houden, heeft de EU een doelstelling voor 2030 van ongeveer 69% hernieuwbare elektriciteit, met andere woorden 2.480 TWh. Zullen we die hoeveelheid opgewekte hernieuwbare elektriciteit halen? De EU-Commissie en anderen voorspellen 1.950 TWh aan wind- en zonne-energie, plus 420 TWh aan “klassieke hernieuwbare energiebronnen” (waterkracht, geothermische energie, biomassa), wat neerkomt op 2.370 TWh aan groene elektriciteit. Daarom zullen we waarschijnlijk een tekort aan groene elektriciteit hebben voor de huidige EU-doelstellingen. Als we daar 750 TWh kernenergie bij optellen komen we aan 3120 TWh. We hebben waarschijnlijk een tekort aan schone elektriciteit in 2030 of behalen nipt de doelstelling. Elke verdere toename van de vraag zou moeten worden gedekt door fossiele opwekking.
- Hoe kan de EU garanderen dat ze genoeg extra groene elektriciteit vindt om de aangekondigde doelstelling voor “indirecte elektrificatie” van 10 miljoen ton groene waterstof tegen 2030 te halen? Voor deze productie is 525 TWh meer schone elektriciteit nodig, wat neerkomt op 27% meer dan de 1.950 TWh aan geplande wind- en zonne-energie. Deze “extra doelstelling” lijkt dus niet haalbaar. Het onvermogen om de levering van 10 Mt schone moleculen in 2030 te garanderen, brengt de kerndoelstellingen van de EU voor het koolstofarm maken van de economie in 2030 echter niet in gevaar. Deze moeilijkheid geldt vooral voor de groene waterstofsector zelf, die niet in staat lijkt om zijn eigen beloften als nieuwe bedrijfssector in 2030 waar te maken. Het lijkt een specifiek businessmodelprobleem van de waterstofsector.
- Om de EU te helpen haar “moeilijk te reduceren sectoren” koolstofarm te maken in dit decennium, waarin we niet genoeg schone elektriciteit zullen hebben, kunnen we ook redelijkerwijs koolstofafvang, -opslag en -gebruik overwegen, aangezien dit de uitstoot die uit deze sectoren ontsnapt tot 10 keer kan verminderen.
- Twee conclusies: (1) het is twijfelachtig of de groene waterstofsector van de EU zijn eigen beloften zal waarmaken. Het is echter niet onredelijk om de haalbaarheid te garanderen van het grootste deel van het energiebeleid van de EU, en van de kern daarvan: de doelstellingen voor het koolstofarm maken van de economie, doelstellingen voor elektrificatie en voor schone elektriciteitsopwekking.
- (2) Om deze kern van ons EU-energiebeleid volledig te garanderen, zijn er andere belangrijke voorwaarden die we in deze korte nota niet verder zullen uitwerken. Cruciaal is de beschikbaarheid van infrastructuur die veel meer vraag naar elektriciteit (3.590 TWh in plaats van de huidige 2.750 TWh, d.w.z. 30% meer) kan transporteren van de plaats waar het wordt opgewekt (veeleer in de Noordzee) naar de plaats waar het wordt afgenomen. Aangezien veel wordt geleverd door wisselende hernieuwbare energiebronnen, zijn de resulterende stromen veel groter dan de toename van de energievraag (= verdubbeling van de stromingscapaciteit). Een sleutelfactor zal ook de bevoorradingszekerheid van de industrie zijn: het vermogen om de apparatuur, de onderdelen, de materialen en de grondstoffen te leveren; langs de gehele eigen industriële waardeketen voor elektriciteit (voor de netten en voor de nieuwe wind- en zonne-eenheden), en langs de gehele industriële waardeketen voor elektrificatie (zoals voor elektrische voertuigen en warmtepompen).