Welke gasinfrastructuur is nodig in een klimaatneutraal Europa?

Eind april bracht het consortium Gas for Climate, waar Fluxys deel van uitmaakt, een nieuwe studie uit. In Gas Decarbonisation Pathways 2020-2050 bouwt studiebureau Guidehouse verder op eerder onderzoekswerk naar de rol van gas in een klimaatneutraal Europa. Ze gingen na wat de impact is op de gasinfrastructuur en welke investeringen nodig zijn tegen de laagste maatschappelijke kosten. Cruciale keuzes dringen zich op, want investeringen in infrastructuur vandaag hebben een levensduur ver voorbij de deadline van 2050. 

Sterke daling gasgebruik op komst

De studie vertrekt van de inschattingen uit een eerdere studie. Tegen 2050 zou Europa 1.710 TWh aan waterstof en 1.170 TWh biomethaan en 7.000 TWh aan elektriciteit nodig hebben.

De onderzoekers gingen vervolgens na hoe de vraagzijde er zou uitzien voor de verschillende sectoren: gebouwen, transport, industrie en elektriciteitsproductie. Hieruit destilleerden ze dan drie mogelijke paden naar 2050: volgens huidige Europees klimaatbeleid, in een versnelde transitie en in een scenario waar heel de wereld het Europese voorbeeld zou volgen en zich aan de doelstellingen van het Parijsakoord zal houden. Het eerste pad is duidelijk onvoldoende om naar klimaatneutraliteit te leiden.

Het tweede pad baseert zich op de aangekondigde maatregelen uit Europese Green Deal en zorgen voor een aanzienlijke versnelling van de investeringen in hernieuwbare elektriciteit en hernieuwbaar gas. Groene waterstof zou het al in dit scenario vanaf 2030 geleidelijk aan veld winnen ten opzichte van blauwe waterstof en ook de productie van biomethaan zou een hoge vlucht nemen. Door de sterk dalende gasvraag, zou het mogelijk worden om een deel van de bestaande gasinfrastructuur om te bouwen voor gebruik van waterstof. 

Bijmengen van waterstof zien de auteurs als een tijdelijke oplossing. Een ander deel van het gasnetwerk (zowel transmissie als distributie) kan dienen voor het vervoer van biomethaan. Er is wel nood aan een nieuw regulatoir kader om die ombouw van de gasnetten mogelijk te maken. Waar Europa nu aan 4.577 TWh gasgebruik zit, zou het met maar liefst 37 procent dalen tegen 2050. Een nieuw businessmodel voor de netbeheerders is dus cruciaal.

In het derde scenario neemt heel de wereld ambitieuze maatregelen, zakken de kosten van de technologische oplossingen, krijgen we een wereldwijde markt van hernieuwbare energie en realiseren we de energietransitie veel sneller en tegen een lagere maatschappelijke kost.

De studie focust in hoofdzaak op het tweede scenario, met de EU in een trekkersrol door de Green Deal. 

Industriële productie van biomethaan

Biomethaan moet volgens de auteurs opgeschaald worden en op een meer industriële manier aangepakt: naar een verdubbeling van de gemiddelde productiecapaciteit, een internationale gasmarkt met garanties van oorsprong en het stimuleren van landbouwers om hun biomassa gezamenlijk te verwerken. Guidehouse verwacht veel van het systeem van tussengewassen voor energieproductie, waarbij na het oogstseizoen een tweede energiegewas gezaaid wordt voor vergisting. De onderzoekers lanceren ook een opvallend nieuw idee: klimaatpositieve waterstof. Vanaf 2040 zouden we kunnen beginnen denken aan biomethaan als grondstof kunnen voor blauwe waterstof. De CO2 die door de planten opgenomen is, wordt op het eind van de rit afgevangen en geborgen via CCS. 

Blauwe vs. groene waterstof

Voor waterstof stelt het studiebureau dat verschillende opties tegelijkertijd nodig zijn: blauwe waterstof, groene waterstof uit hernieuwbare stroomoverschotten, maar vooral uit specifiek toegewezen hernieuwbare energie. Volgens de auteurs is inzetten op blauwe waterstof ook nodig om de CO2-uitstoot snel genoeg terug te dringen. Daarvoor moet de juiste CO2-transport- en opslaginfrastructuur voorzien worden. Vanaf 2040 zou groene waterstof met prijzen tussen 51 en 66 euro/MWh competitief zijn met blauwe waterstof. Maar dat zou zelfs sneller kunnen, want de prijzen van elektrolysers en hernieuwbare energie worden razendsnel goedkoper. 

Gebouwen

De onderzoekers schatten dat het energiegebruik voor gebouwen tegen 2050 een duik zal nemen van 1.630 TWh naar 230 TWh. Bestaande gebouwen die nu op het gasnet zitten (37%), gaan ook in 2050 nog aangesloten zijn, maar met een veel lager gasgebruik door verwarming met hybride warmtepompen. Bij lage energieprijzen, hoge productie van hernieuwbare energie en bij temperaturen die niet te laag zijn, verwarmen ze met elektriciteit. 

Op piekmomenten slaat de gasverwarming aan met hoofdzakelijk biomethaan en een beperkte rol voor waterstof. Woningen die nu niet op het gasnet aangesloten zijn verwarmen tegen 2050 met warmtepompen (47%) en warmtenetten (20%). De renovatiegraad neemt een hoge vlucht tot 2,5% à 3% per jaar. Warmtenetten worden cruciaal om de elektriciteits-, gas- en warmtesystemen met elkaar te integreren.

Industrie

Waterstof, CCS en biomethaan spelen een belangrijke rol in de decarbonisatie van de staal-, cement- en chemische industrie volgens de studie. Tegen 2035 zouden alle steam methane reformers (SMR) hun koolstof moeten afvangen. Onder een sterk stijgende EU ETS-prijs op CO2-uitstoot van €55/tCO2 in 2030 tot €150/tCO2 tegen 2050 in combinatie met steunmaatregelen en een koolstofgrenstaks zal ook de industrie decarboniseren. 

Transport

Personenwagens worden elektrisch, voor zwaar wegtransport is er ook een rol weggelegd voor waterstof en bio-LNG. Guidehouse stelt dat bio-CNG wagens relevant zullen zijn in een transitieperiode. Scheepvaart schakelt over op elektrisch, bio-LNG, waterstof of zelfs synthetisch ammoniak. Voor luchtvaart zien ze vanaf 2030 een geleidelijke overgang naar 50 procent biobrandstoffen dalen en 50 procent synthetische brandstoffen. Opvallend is dat de studie de noodzaak beklemtoont om mínder te vliegen ten voordele van andere transportmiddelen zoals treinen.

Elektriciteitsproductie

Momenteel staan gasgestookte centrales in voor 20 procent van de elektriciteitsproductie in Europa. Hernieuwbare elektriciteit uit zon en wind, batterijen en vraagsturing spelen de hoofdrol in 2050. Elektriciteitsproductie door gasgestookte centrales  - op waterstof of biomethaan - zou dalen van 660 TWh naar 500 TWh, maar omdat die centrales in hoofdzaak instaan om de winterpieken op te vangen, is er wel een hogere capaciteit nodig (van 220GW in 2020 naar 600 GW in 2050). 

Gevolgen voor infrastructuur

In het energiesysteem van de toekomst zullen elektriciteits-, gas en warmtenetten met elkaar verknoopt zijn. Het aanleggen van die infrastructuur moet dus gecoördineerd en gepland gebeuren. Tegen 2030 zouden biomethaan en waterstof al 10 procent van het gasvolume kunnen uitmaken in de EU. Biomethaan zal geïnjecteerd worden op het distributienet en op termijn, wanneer steeds meer tweerichtingsverkeer mogelijk wordt, zal het ook in aanzienlijke hoeveelheden door de transmissienetten gestuurd worden. Waterstofopslag kan gebeuren in zoutgrotten. 

Gasdistributienetten blijven volgens de onderzoekers nodig voor verwarming met hybride warmtepompen op biomethaan. In de komende tien jaar zal grijze waterstof verschuiven naar blauwe door het afvangen en bergen van CO2. Daarvoor volstaat de capaciteit van de bestaande waterstofnetten in de meeste gevallen, maar moeten CO2-pijpleidingen en opslag - in de lege gasbellen in de Noordzee in ons geval - voorzien worden. Bijmengen van groene waterstof in het gasnet kan en zien ze als een tijdelijke oplossing in de komende tien jaar, maar het stelt wel wat technische en praktische uitdagingen. 

Vanaf 2030 zien ze regionale en nationale waterstofinfrastructuur een hoge vlucht nemen en vanaf 2035 kan er een Europese ruggengraat van waterstofleidingen gecreëerd worden door renovatie van bestaande aardgasnetten die beschikbaar komen omwille van het lagere (aard)gasgebruik. De plannen daarvoor moeten we nu maken. Waterstof heeft drie maal zo veel volume nodig voor een gelijke hoeveelheid energie als methaan, maar het stroomt ook drie keer zo snel. Samen maakt dat de transportcapaciteit zo’n 20% groter moet zijn dan die van een vergelijkbare hoeveelheid aardgas. Tegen 2050 is het hele gasnet opgesplitst: een deel voor waterstof en een deel voor biomethaan. 

Sturend beleid nodig

Hoewel de 10 miljard euro van het Europese Innovatiefonds en de Europese Emissiehandel, wel al wat in beweging gezet hebben, volstaat het het huidige Europese beleid absoluut niet om het geplande scenario te realiseren, stellen de onderzoekers. De studie stelt een reeks maatregelen voor om snelheid te maken. Zo pleiten ze voor een bindend mandaat van 10% biomethaan/waterstof tegen 2030, een echte Europese markt voor biomethaan en waterstof met duidelijke regels en transportmogelijkheden, een verscherping van het Europese Emissiehandelssysteem, en ten slotte een geïntegreerde planning van de energienetten op distributie- en transmissieniveau, voor elektriciteit, gas en warmte.

Kanttekeningen bij de studie

De studie bouwt voort op eerdere potentieelinschattingen voor waterstof en biomethaan in 2018. Toen al plaatsten we kanttekeningen bij het grote optimisme over biomethaan op basis van een tweede gewas. Een studie van de International Council for Clean Transportation (ICCT) kwam immers tot een andere conclusie: biomethaan zou slechts voor 12 procent van het huidige gasgebruik kunnen instaan in plaats van 26 procent. De assumpties rond potentieel voor biomethaan van de landbouwsector staan of vallen op basis van het toekomstig landbouwbeleid. Hoog tijd dan ook dat niet enkel energie- maar ook landbouwexperts hun licht laten schijnen op deze cijfers.

De studie houdt de deur open voor fossiel aardgas tot 2050 door aanzienlijke ruimte te voorzien voor blauwe waterstof via steam methane reformers en koolstofafvang en -opslag (CCS). De onderzoekers stellen terecht dat CSS botst op maatschappelijke en politieke scepsis. Voorzichtigheid is inderdaad op zijn plaats. CCS en CCU zijn technieken die zich nog niet bewezen hebben op grote schaal en vangen slechts 85 procent tot 95 procent van de CO2 op volgens het Fraunhofer Instituut. Bovendien dreigt het ons toch weer vast te klikken in een fossiel model met import van aardgas, of - nog erger - schaliegas. 

De studie houdt geen rekening met de impact van methaanlekken doorheen de hele keten van ontginning, transport en gebruik van methaan. Methaan is als broeikasgas ongeveer 28 keer zo sterk als CO2. De weinige data die beschikbaar zijn wijzen erop dat net als bij aardgaswinning ook bij vergistingsinstallaties tot 2 procent methaan kan weglekken. Bij gebruik van gas in verbrandingsmotoren of cv-ketels mag je nog eens rekenen op 1 tot 3 procent lekverliezen. Alles samen haalt dit het broeikasgasreductiepotentieel van het gebruik van hernieuwbaar gas sterk naar beneden voor alle sectoren waar de studie een grote rol voor gas ziet.

In de gebouwsector is de fikse daling van maar liefst 86% tussen 2020 en 2050 in gasgebruik erg opvallend. Ook zet de studie de misvatting recht dat verwarmen op waterstof de meest veelbelovende piste is. Daarentegen lijkt het vreemd dat de onderzoekers ervan uitgaan dat alle bestaande gasnetten toch in gebruik moeten blijven om woningen te verwarmen met hybride warmtepompen. Dit botst met de inzichten van Heat Roadmap Europe, dat aangeeft dat tot 45 procent van de Europese gebouwen, hoofdzakelijk in stads- en dorpskernen, op een kostenefficiënte en technisch haalbare manier verwarmd kunnen worden via een warmtenet. 

Ook stelt zich de vraag of met drastisch lagere volumes methaan de gasnetten nog rendabel zijn en betaalbaar voor de consumenten. Het lijkt logischer om de beperkte hoeveelheden aan te spreken voor lokale toepassingen of in lokale netwerken die je dan volledig kan bevoorraden met groen gas in plaats van slechts een paar procent van het energiegebruik te dekken over heel het land.

Voor personenwagens verwachten de onderzoekers slechts kostenpariteit tussen elektrische wagens en hun fossiele broertjes tegen of na 2030. Andere experts, zoals Bloomberg New Energy Finance, leggen die grens toch al op 2025 of zelfs 2023. Bovendien hebben zo goed als alle grote autoconstructeurs aangegeven versneld in te zetten op de ontwikkeling en verkoop van elektrische wagens.

De classificatie van hernieuwbare gassen wordt de komende maanden nog een heikele discussie. Ze zijn simpelweg niet allemaal koolstofneutraal. Zo volstaat de opdeling tussen grijze, blauwe en groene waterstof niet. In welke categorie valt waterstof geproduceerd door elektrolyse uit klassieke stroom, die nu nog voor een aanzienlijk deel uit fossiele brandstoffen opgewekt wordt? Of waterstof als bijproduct uit chemische productieprocessen? 

Ook in biomethaan is een duidelijke definitie nodig: niet elke grondstof voor vergisting is duurzaam te noemen. De enige juiste uitweg is een classificatie op basis van een levenscyclusanalyse van het gas die de uitstoot over de hele keten in rekening neemt.

Europese waterstofstrategie gelekt

De recente Gas for Climate-studie is nog niet afgekoeld, of ze wordt al ingehaald door de recente beleidsontwikkelingen. Zo kwam Duitsland begin juni naar buiten met een visie op waterstof en kreeg de nieuwssite Euractiv amper twee weken later een ontwerptekst van de Europese Commissie voor een Europese waterstofvisie in handen. Europa kiest voor groene waterstof en ziet blauwe waterstof enkel nog zitten in een overgangsfase. De hamvraag is wanneer groene waterstof competitief wordt met zijn fossiele evenknie. Dat zou volgens de Commissie al binnen enkele jaren kunnen gebeuren als grote waterstoffabrieken van meer dan 1 GW op de markt komen. 

De ontwerpvisie laat voorlopig nog tal van cruciale vragen onbeantwoord. Wie zal er instaan voor de planning van die waterstofnetten? Wie wordt eigenaar? Hoe ziet de regulering er uit? Zijn elektrolysers productie-eenheden of gewoon deel van het energienetwerk - en kunnen netbeheerders als Fluxys dan meespelen, aangezien het enkel een omzetting is van de ene energiedrager op de andere? En aangezien waterstof vaak in rechtstreekse competitie zal treden met gas, hoe vermijden we belangenconflicten als beide in dezelfde hand zitten? Zullen bestaande gasgebruikers gedwongen worden om over te stappen op waterstof? Hoe zullen flexibiliteitsdiensten beloond worden? Zullen alle broeikasgasemissies meegeteld worden in de classificatie van waterstof? 

En last but not least: hoe verzekeren we dat subsidies voor waterstofproductie de businesscase voor energie-efficiëntie en directe elektrificatie via hernieuwbare elektriciteit niet ondergraven? 

Ambitieuzer scenario van de milieubeweging biedt tegengeluid

Op 30 juni stelt de Europese milieubeweging tijdens een webinar haar razend ambitieuze Paris Agreement Compatible Scenario voor. Het pad van het European Environmental Bureau (EEB) en Climate Action Network Europe (CAN-E) toont welke energie-infrastructuur leidt tot klimaatneutraliteit in 2040, met 100 procent hernieuwbare energie in 2040 en 65 procent CO2-reductie tegen 2030. Spoiler: er zit véél minder gas in bij ons. Schrijf je nog snel in!

Gas Waterstof

Meer over Gas, Waterstof