‘Gas for Climate’ studie door Ecofys

Bespreking door Wiebe Eekman , 5 maart 2018

Nota: via de Bond beter Leefmilieu werden we op de hoogte gebracht van deze belangrijke studie over de rol van gas-infrastructuur in de Europese klimaatkwestie[i]. Deze studie is van belang voor het debat over het Belgisch energiepact. Best zou ze ook samen gelezen worden met de persnota van COGEN[ii], de koepelorganisatie voor warmtekrachtkoppeling.

Ecofys is een bekend Nederlands studiebureel voor energie en klimaat, gevestigd in Utrecht. Ecofys heeft ook afdelingen in Brussel en in Duitsland en Engeland. Zij werden in juni 2017 aangesproken door ‘Gas For Climate’ een consortium van zeven gas transport bedrijven (Enagás, Fluxys (België), Gasunie (Nederland), GRTgaz, Open Grid Europe, Snam, TIGF) uit zes EU lidstaten plus twee bedrijven voor productie van hernieuwbaar gas (European Biogas Association, Consorzio Italiano Biogas). 15 februari  2018 leverde Ecofys haar rapport af, 55 pagina’s opgesteld in het Engels. Het rapport lijkt me ook goed leesbaar voor niet-specialisten[iii].

Ik wil wel ingaan op enkele appreciatiefouten in de commentaar door de BBL.

BBL schrijft: Ecofys berekende dat een kwart van het huidige gasgebruik in 2050 op een duurzame en hernieuwbare manier geproduceerd kan worden. En: Hoewel het onderzoek concludeert dat op basis van de huidige inzichten tegen 2050 slechts een vierde van het gas groen zal zijn, toont de paper aan dat we de piste van hernieuwbaar gas een kans moeten geven. Juister is dat Ecofys berekende dat het volledig gasgebruik van de Europese Unie hernieuwbaar kan zijn, hetzij als biomethaan, hetzij als ‘power-to-gas’ of groene waterstof. Maar tegelijk berekende Ecofys dat om verschillende redenen het gasgebruik in 2050 nog maar één vierde van het huidig verbruik zal zijn. Toch een belangrijke nuance dat het belang van het Ecofys-rapport versterkt.

BBL schrijft: Ecofys benadrukt dat koolstofafvang en -opslag (CCS) en koolstofafvang en -vastlegging (CCU) twee gecontesteerde technieken zijn, die mogelijk in te schakelen zijn voor het resterende driekwart. BBL zet hier CCS en CCU op gelijke voet als twee gecontesteerde technieken. Ecofys beschouwt terecht CCS als een af te wijzen techniek, die maatschappelijk sterk afgewezen wordt, vermits we de gevolgen op lange termijn niet kennen. Ecofys stelt duidelijk dat CCS commercieel niet haalbaar is, tenzij voor het verhogen van de gasproductie in verslappende gasvelden. In Europa past enkel Noorwegen dit toe. Ondanks dat er al 30 jaar onderzoek gedaan wordt naar CCS blijkt CCS zeer energierovend en stukken duurder dan andere alternatieven. Dat laatste zal in onze markteconomie wel een doorslaggevend argument zijn. CCU is daarentegen afvang van koolstofdioxide om opnieuw te gebruiken als grondstof ter vervanging van ruwe petroleum. CCU is een sleutel om onze petrochemische industrie ‘koolstofvrij’ te maken, wat de effecten op het klimaat betreft. Dus zowel voor België als Nederland en Duitsland ongelooflijk belangrijk, wegens het aandeel petrochemie in het industrieel weefsel.

BBL schrijft: Bovendien valt de CO2-uitstoot van gebouwen niet af te vangen. Toch wel. Voor grotere gebouwen en huizenblokken is dit mogelijk, als er afgestapt wordt van het individueel benaderen van elke gezinswoning. Op middelgrote schaal, met verwarmingsinstallaties per huizenblok, kan CO2 uit rookgas met behulp van waterstofgas omgezet worden tot methaan. Dat is dan een semi gesloten systeem[iv], dat gevoed wordt met stroom van zon en wind. Een planmatige aanpak op grotere schaal is dan wel vereist. Zowel Ecofys als COGEN spreken over een geïntegreerd energienetwerk, van gas, elektriciteit én warmte, bestaande uit vele decentrale energieproducties en buffers.

BBL schrijft: De Vlaamse overheid zou het potentieel van duurzaam en hernieuwbaar gas in kaart moeten brengen. Want de Europese studie is zeker niet één op één te kopiëren naar het dichtbevolkte Vlaanderen, vooral wat betreft het aandeel biogas uit landbouwgewassen en mest. Het klopt dat Vlaanderen in de centraal West-Europese zone ligt, die veel meer geïndustrialiseerd is en dichter bevolkt dan het Europese gemiddelde. In verhouding hebben we dus ook minder biomassa beschikbaar. Dat klopt ook. Maar we hebben wel een petrochemische industrie waar de verschillende ‘power-to-gas’ technieken ten zeerste welkom zijn. Ecofys berekende een Europese behoefte aan 122 miljard kubieke meter hernieuwbaar gas in 2050, als een optelling van 98 miljard kubieke meter biomethaan en 24 miljard kubieke meter groene waterstof. Dus 4 keer meer biomethaan dan waterstof. Laat het duidelijk zijn dat in onze streken die verhouding gewoon omgekeerd zal zijn. Dat wij geweldige mogelijkheden hebben om onze petrochemie klimaatvriendelijk te maken en tegelijk de industriële werkgelegenheid in België op peil te houden.

Sterke punten van het Ecofys-rapport

De uitgangspunten van het rapport zijn een Europese emissiereductie in 2050 van 95% ten opzichte van 1990. En dat zonder enige kerncentrale.

Het rapport is besteld door een consortium van verschillende gasbedrijven. Dat kan argwaan wekken. Aardgas is een fossiele brandstof. Daarom ijverden vele milieuactivisten voor volledig bannen van de gasinfrastructuur en een volledige elektrificatie. Ik ben met hen akkoord dat wind en zon virtueel meer dan genoeg energie kunnen opwekken. Maar niet altijd op het juiste moment. Het vraagstuk van evenwicht op het net tussen vraag en aanbod en het vraagstuk van bufferen van het teveel aan stroom uit zon en wind op het ene moment om het te gebruiken op een ander moment of zelfs een ander seizoen, maanden later, moeten ook bekeken worden.

‘Power-to-gas’ is daarop een antwoord. Overtollige stroom uit zon en wind wordt gebruikt voor elektrolyse van water. Elektrolyse reageert in milliseconden, wat een enorm voordeel is om het evenwicht op het net te waarborgen. Het waterstofgas uit splitsing van water wordt verder gebruikt, hetzij puur als waterstofgas, hetzij verwerkt in de petrochemie tot een synthetisch methaan of een groene ammoniak. Het toekomstig gasnet zal zo gevoed worden met synthetisch methaan of groene waterstof, in plaats van fossiel aardgas.

Methaan, waterstof, ammoniak en andere afgeleide producten kunnen gemakkelijk gestockeerd worden om de seizoenen te overbruggen. Dat Fluxis en Gasunie hiervoor zouden kiezen is een goede zaak.

Het rapport bespreekt de verschillende besparingen en efficiëntieverbeteringen door integratie van technieken.

Door het bufferen van het teveel aan stroom uit zon en wind in ‘power-to-gas’ vervallen alle huidige beknottingen op het sterk uitbreiden van windmolens en zonnepanelen.

Door de decentrale productie en buffering wordt bespaard op verder uitbouw van hoogspanningslijnen en sterk verzwaren van het bestaande stroomnet. Tegelijk worden transportverliezen over het net vermeden.

Door het algemeen toepassen van warmtekrachtkoppelingen (met één machine zowel stroom als warmte produceren) wordt tot 30% gasgebruik bespaard. Door hun combinatie met wind en zon, hoeven zij niet geheel de tijd te draaien. 40% van de tijd liggen zij stil, wat ook bespaart op gasgebruik. Dat effect kan sterk vermeerderd worden door het uitbreiden van warmtenetten.

In afwachting van de veralgemening van warmtenetten, pleit Ecofys voor ‘hybride warmtepompen’, die snel overal kunnen geplaatst worden. Zij bedoelen daarmee warmtepompen op de buitenlucht (die ook omgekeerd kunnen koelen). Als zelfstandige warmtebron zijn die enkel voldoende in sterk geïsoleerde huizen. Daarom bevelen zij aan die warmtepompen te dubbelen met een beperkte gascondensatieketel voor de echte koude pieken. Als de branders van de ketels aangepast zouden worden, dan kan er met waterstof gestookt worden, waardoor er geen CO2 uitgestoten wordt.

Ook in de zware  industrie zal er rechtstreeks met waterstof gestookt kunnen worden, of met afvang  van CO2 gewerkt worden, CO2 die dan door reactie met waterstof omgezet wordt tot synthetisch methaan, CH4, het hoofdbestanddeel van aardgas[v].Methaan kan eventueel ook verder omgezet worden tot vloeibare producten als methanol, die veel minder volumineus zijn in opslag.

Ecofys berekende zo dat een verstandige integratie van stroom uit zon en wind en synthetisch gas een investeringsbesparing van 138 miljard euro oplevert ten opzichte van de optie van volledige elektrificatie.

Het rapport bespreekt de doenbaarheid van de prijzen en volumes

Ecofys berekende dat Europa in 2050 122 miljard m3 groen gas nodig zal hebben voor de drie belangrijkste gasverbruikende sectoren: 45 miljard voor de industrie, 5 miljard voor zwaar transport en 72 miljard voor gebouwen en stroomproductie. Tesamen staan die voor 57% van alle eindgebruik aan energie. Reken je alle transport, dus ook personenwagens en niet enkel zwaar transport, dan kom je aan 70%. Een reden te meer om ook aan openbaar vervoer te denken, als besparing op brandstof en emissie.

Voor zwaar transport rekenen zij op biomethaan. In de vorm van bio-CNG aan 52€/MWh of bio-LNG aan 24,3€/MWh. Persoonlijk ben ik eerder voorstander van waterstofaandrijving. Ecofys berekent de kostprijs voor waterstof uit elektrolyse in de toekomst op 23€/MWh, investering inbegrepen. Dat is een bijzonder financieel argument tegenover iedereen die nog misplaatst pleit voor verlenging van kerncentrales, in naam van het klimaat.

Het huidige elektriciteitsgebruik is 22% van alle energiegebruik. In 2050 zou dat stijgen naar 35 à40%. Het huidige gemiddeld elektriciteitsverbruik per gezin wordt in Europa geschat op 1kWh/uur. In de toekomst zou dat 3 à 5 kWh/h kunnen worden.  Als kerncentrales en steenkoolcentrales  vervangen worden door gascentrales dan komt de kostprijs op 40€/MWh (bij 50% efficiëntie van de centrale). Aardgas kost momenteel  20€/MWh. Biogas 100€/MWh. Voor de uitbreiding en versterking van het stroomnet rekent Ecofys met 21€/kW in stedelijke omgeving en 57€/kW in landelijke omgeving.

Opslaan van overtollige stroom uit zon en wind? Opslagkosten met batterijen komt op 80.000€/MWh investering. Opslag van gassen komt op 25€/MWh. Een factor van meer dan 1000 verschil. Gassen zijn daarmee aangewezen voor seizoens overbrugging.

De huidige groene stroom productie is in Europa minder dan 30%. Wordt die grens overschreden dan zijn er heel wat bijkomende installaties nodig om de onregelmatigheid te bufferen. De integratie met de gasinfrastructuur is daarvoor geschikt. Gasnetten op zichzelf kunnen ook veel grotere schommelingen bufferen dan het stroomnet. Het bestaande gasnet heeft al een flexibiliteit van 20 gigawatt.

In hun rapport vergelijkt Ecofys ook de investeringskosten voor alle elektrische stroomproducties per MW. Gewone gascentrales komen daar het goedkoopst uit. Tenminste als je abstractie maakt van de luchtvervuiling. Breng je ook de efficiëntie van de installatie in rekening en de voorziene levensduur, dan komt ‘power-to-gas’ heel gunstig uit in de rangschikking. Reken je ook met zuivere lucht, dan is dit ongetwijfeld de beste keuze.

Methaan lekkage

Aardgas stoot voor dezelfde verbrandingswarmte 41% minder CO2 uit dan steenkool en 23% minder dan stookolie. Aardgas stoot ook bijna geen zwaveloxide uit of fijn stof. Een enorm voordeel in luchtkwaliteit. Elke tussentijdse vervanging van stookolie of steenkool door aardgas heeft dus zijn waarde.

Milieuactivisten wijzen op het gevaar van methaanlekkage bij de aardgasinfrastructuur. Methaan, CH4, is 28 maal krachtiger broeikasgas dan CO2.We weten al dat dit reusachtig is bij de schaliegasontginning. Wat schaliegas compleet onverantwoord maakt. Bij het klassieke aardgas wordt de lekkage van het hoofdbestanddeel methaan op 1,7% van het volledig volume geschat. Vooral op de transportleidingen en bij de ontginning. Ecofys berekent dat je daardoor 17% meer CO2-equivalenten moet bijtellen bij aardgas.

Goed nieuws is dat die lekkage grotendeels kan vermeden worden door meer zorgvuldige ontginning, preventief onderhoud op de leidingen, en moderne procesmethodes bij de verpompingen, waarbij overdruk van gas niet meer naar de atmosfeer geventileerd wordt, maar afgezogen naar citernes. Als voormalig milieucoördinator in een olieraffinaderij ben ik me volledig bewust, dat dit technisch goed kan, maar dat dit veel meer onderhoudspersoneel en productiepersoneel vergt. En een andere mentaliteit bij het kader, dan nu meestal het geval is. Kortom een strijdpunt waar milieu en tewerkstelling hand in hand gaan. Een kluif voor de vakbondswerking.

Biomassa en biogasproductie

Biogas wordt grotendeels geproduceerd door anaerobe vergistingsinstallaties. Dat kan gemakkelijk decentraal op vele plaatsen. Uit de vergisting komt biogas en een vloeibare massa die digestaat genoemd wordt. Dat digestaat bevat de meeste nutriënten, die in de gebruikte biomassa aanwezig waren. Dat kan terug op het land gebruikt worden als meststof, waardoor kunstmest vermeden wordt. Een algemene praktijk in Denemarken. 

Het biogas is echter een mengsel van halfom biomethaan en halfom CO2. Om biogas te gebruiken in het aardgasnet moet die CO2 eruit. In België en Nederland tot de 80 % CH4 waarde van het Gronings aardgas. Elders in Europa tot 97%. De techniek om CO2 af te vangen is dus welbekend. Maar lang niet overal wordt dat afgevangen CO2 omgezet tot nieuwe grondstof.

Vaak wordt bij serres die CO2 uit biogas of uit rookgas van warmtekrachtkoppelingen in de serre geduwd om een betere groei van de vruchten te krijgen. Maar daar kan nogal mee gefraudeerd worden om groene stroomcertificaten te krijgen. Een toekomstig aandachtspunt.

Ecofys belicht ook de andere productiemethode voor biomethaan: thermische vergassing of het thermisch kraken van allerlei biomassa. Dan spreken we eerder over industriële installaties. In de petrochemie is dit kraken, meestal van goedkoper aardgas en afvalgassen, een heel bekend procedé.

In aanwezigheid van stoom en een gecontroleerde hoeveelheid zuurstof wordt biomassa of fossiele brandstof gekraakt tot een mengsel van CO met CO2 en H2. Dat wordt syngas genoemd en is de basis voor vele chemische processen. Dat syngas moet nog ontdaan worden van chloor en zwavel verbindingen. Dan kan het katalytisch verder omgezet worden. Al dan niet moet de CO2 er ook uit.

Laat het duidelijk zijn dat dit allemaal best op industriële schaal als uitbreiding van onze petrochemie gebeurt. Thermisch kraken en vergassen zal in België en Nederland best een groter aandeel hebben in de productie van groen gas ten opzichte van anaerobe vergisting, dan Ecofys voor geheel Europa voorziet. Vooral omdat voor thermisch kraken alle organisch afval in aanmerking komt, ook de producten die meer houtachtig zijn of om andere redenen niet in de vergisting kunnen.

Waar haalt Ecofys de nodige biomassa?

Biomassa uit de natuur of uit de landbouw gebruiken voor energieproductie is altijd een heikel punt geweest. Ecofys is zich daarvan bewust. Voor hen kan enkel Europese biomassa en geen invoer, tenzij vanuit Oekraïne of Wit Rusland, waar dezelfde regels zouden toegepast worden.

Ecofys spreekt over 130 miljoen ton maïs en tritical (een soort tarwe) als tweede oogst. Dat naar het voorbeeld van wat in de Italiaanse Povlakte al 15 jaar gangbare praktijk is. Het wordt het ‘biogasdoneright’-procedé genoemd. Een procedé dat mee opgevolgd wordt door de Nederlandse landbouwuniversiteit van Wageningen.

Andere biomassa die Ecofys ziet is 50 miljoen ton landbouwafval (geen gras), 7 miljoen ton voedselresten, 16 miljoen ton mest, 2 miljoen ton waterzuiveringsslib, allemaal geschikt voor biomethanisatie. Biovergassing of biomethanisatie brengt 0,36 m3 methaan op per kg biomassa.

Het stelt mij een beetje gerust dat Ecofys steeds slechts een gedeelte van de landbouwcapaciteit in rekening brengt en ook spreekt dat biomassa nodig is voor het verhogen van het bodemleven en de bodemvruchtbaarheid.

Voor het thermisch kraken ziet Ecofys 15 miljoen ton houtafval van bosontginning, 6,6miljoen ton van uitdunning van bosakkers en 2,6 miljoen ton van landschaps- en berm beheer. Daarnaast ook  17 miljoen ton  huisvuil, 1 miljoen ton industrieel afval en 7 miljoen ton van de houtbewerking en papierindustrie. Telkens ook maar 10 à 20 % van het gekende aanbod. Thermische vergassing brengt meer biomethaan op dan biovergassing: 0,55m3 methaan per kg biomassa.

Deze productiemethodes zijn nu nog 100€ /MWh energie, maar worden ingeschat te dalen tot 52€/MWh in 2050. De investering in installaties voor thermische vergassing is berekend op 1870€/MW capaciteit tegenover 5630€/MW voor anaerobe vergisting. De eerder industriële aanpak die ik voorsta voor onze contreien heeft dus een financieel voordeel.

Besluit

Deze studie kan het debat over het Belgisch energiepact een heel andere wending geven. Kerncentrales kunnen vlot uitgeschakeld worden zonder dat dit een verhoging van CO2-emissie geeft en zonder dat de kosten extravagant worden.

Voor Nederland kan deze studie de doodsteek geven aan de CCS-pistes in het nationaal klimaatplan.

[i] https://www.bondbeterleefmilieu.be/artikel/hernieuwbaar-gas-kan-de-energietransitie-goedkoper-maken?utm_source=MailingList&utm_medium=email&utm_campaign=InZicht+180302

[ii] http://www.cogenvlaanderen.be/beheer/uploads/nota_-_rol_van_wkk_in_de_transitie_en_de_vervaningingscapaciteit.pdf

[iii] https://www.gasforclimate2050.eu/files/files/Ecofys_Gas_for_Climate_Feb2018.pdf

[iv] Zie bijvoorbeeld wat het Duitse stadsbedrijf in Augsburg doet: https://www.sw-augsburg.de/magazin/detail/power-to-gas-anlage-wegweisendes-projekt-zur-energiewende/

[v] Bemerk dat wereldwijd vandaag 95% van alle waterstof op een vuile manier geproduceerd wordt, juist door fossiel methaan uit aardgas te kraken. Voor elke ton waterstof wordt 11 ton CO2 uitgestoten. Eén schoorsteen in het noorden van de Antwerpse haven stoot zo een volle één percent van de hele Belgische emissie uit. Door een veralgemening naar ‘power-to-gas’ wordt ook dat uitgeschakeld. Als er geïnvesteerd wordt, wel te verstaan.