Na een eeuwenlange strijd tegen het water ziet Nederland tegenwoordig de Noordzee meer als bondgenoot in het streven naar een duurzaam energiesysteem. Het onderzoeksprogramma North Sea Energy onderzoekt de weg naar deze toekomst. Een van de ideeën is het aanleggen van kunstmatige eilanden, waar grootschalige transmissie van elektriciteit en groene waterstof kan plaatsvinden.

Nederland is vanaf het prilste begin onlosmakelijk verbonden met de Noordzee. Naast de strijd tegen het water werd er ook van de zee geprofiteerd: door visserij en door de wereldberoemde Deltawerken als sluitstuk van de Nederlandse zeewering en succesvol exportproduct. Vanaf de jaren zeventig werd er ook gas gewonnen vanuit de Noordzeebodem, waarmee de Nederlandse energievoorziening een impuls kreeg. Anno 2020 zien we de Noordzee steeds vaker terugkomen als een spil in de energietransitie. Geen wonder: het is een uitgestrekt gebied waar de omstandigheden ideaal zijn voor elektriciteit uit wind-op-zee. Een voorbeeld van een fascinerend concept? Energie-eilanden waar groene waterstof wordt geproduceerd met elektriciteit uit wind-op-zee. Een idee uit de koker van het samenwerkingsverband North Sea Energy, onder leiding van TNO. Het ontwerp van de waterstofproductie-installaties is van de hand van Bilfinger Tebodin.

Infrastructuur hergebruiken

‘Ongeveer vier jaar geleden ontstond bij TNO het idee om de door wind-op-zee opgewekte elektriciteit te verbinden met de al bestaande infrastructuur van offshore gas’, vertelt Programma manager Madelaine Halter van het North Sea Energy programma. ‘Destijds startte men met ambitieuze plannen voor de offshore wind sector. We voorzagen uitdagingen om, zeker met het oog op de toekomst na 2030, al die gigawatts elektriciteit aan land te krijgen. Daarvoor heb je namelijk zeer waarschijnlijk een infrastructuur nodig die verder gaat dan elektronen vervoeren via elektriciteitskabels. En laat die infrastructuur er nu juist al zijn: de bestaande gasplatformen met hun leidingen naar de kust!  Want de leidingen die nu nog aardgas vervoeren, zou je in de toekomst waarschijnlijk kunnen gebruiken. Enerzijds om op zee geproduceerde groene waterstof aan land te krijgen en anderzijds om afgevangen CO₂ vanuit de industriële clusters naar lege gasvelden onder de Noordzee te transporteren en daar op te slaan. Dat, gevoegd bij het feit dat we in Nederland het gebruik van aardgas in de toekomst moeten gaan afbouwen met het oog op de klimaatdoelstellingen, maakte dat er langzaam maar zeker een steeds duidelijker beeld ontstond.’

Acht keer goedkoper

René de Schutter, Business Development Manager Energy & Environment bij Bilfinger Tebodin, legt uit: ‘In de loop van de jaren komen er steeds meer en steeds grotere windparken bij. De nog aan te leggen echt grote windparken komen op meer dan honderd kilometer uit de Nederlandse kust, ruimschoots buiten het blikveld dus. Op die plek kun je volop profiteren van de zeewind. Maar het is een te grote afstand om de opgewekte elektriciteit efficiënt aan land te brengen. De oplossing: als je ter plekke waterstof produceert uit de op zee opgewekte windenergie, kun je die waterstof via pijpleidingen naar land transporteren. Een heel belangrijk verschil, aangezien de energiedichtheid van deze manier van energietransport vijf tot acht keer hoger ligt dan wanneer je elektronen via een kabel vervoert. Dus dit kan acht keer goedkoper zijn! Bijkomend voordeel is dat de infrastructuur er al ligt: dat zijn namelijk de aardgasleidingen die we straks niet meer nodig hebben. Wat je wél nodig hebt is een kunstmatig eiland, waarop je alle benodigde installaties gaat bouwen. En dat heeft Bilfinger Tebodin ontworpen.’

Meer duurzame energie

Zo’n energie-eiland (zie kader) is technisch zeer waarschijnlijk goed te realiseren. ‘Maar als je een nieuw, kunstmatig, eiland wilt maken in de Noordzee, moet er ook juridisch en vergunning-technisch heel wat geregeld gaan worden’, vertelt Madelaine. ‘Daarnaast heb je op de Noordzee te maken met een heleboel verschillende stakeholders. Denk alleen maar aan de visserijsector, defensie, of de natuurgebieden. Ook wordt er nog uitgebreid bestudeerd hoe het allemaal kostentechnisch mogelijk te maken is. Toch moeten we een manier vinden hoe het kan, want zeker is dat we van fossiele bronnen af moeten en dat wind-op-zee een kansrijke optie biedt voor verduurzaming van de elektriciteitsvoorziening.’ René vult aan: ‘Het moet echt gebeuren, want de vraag naar meer duurzame oplossingen neemt vanuit de maatschappij alleen maar toe. En de coronacrisis leidde zelfs tot een versnelling van het streven naar meer duurzame energie. In de nieuwe Green Deal van de Europese Unie is opgenomen dat er in 2030 2x40 GW aan waterstofproductie moet zijn gerealiseerd. Ons idee voor het energie-eiland past daar perfect in.’

Nieuw verdienmodel

Naast de maatschappelijke bijdrage die een energie-eiland kan leveren aan de realisatie van duurzame energie, zit er nog een ander interessant aspect aan. Madelaine: ‘TNO heeft als missie: het verbinden van mensen en kennis om innovaties te creëren die de concurrentiekracht van bedrijven en het welzijn van de samenleving duurzaam versterken. Met deze ontwikkeling van duurzame energieproductie verbinden we de twee aspecten op een mooie manier met elkaar. Want we willen in Nederland immers af van het gas, maar tegelijkertijd ook nieuwe verdienmodellen ontwikkelen.’ René: ‘Je hoort steeds vaker dat Nederland zich uit de crisis gaat investeren, op een groene en duurzame manier. Reken maar dat zo’n energie-eiland iets is dat je ook als exportproduct tot een succes kunt maken!’

Het energie-eiland

Het concept van het energie-eiland is eenvoudig. Je bouwt grote windparken op de Noordzee die flink wat elektriciteit opwekken. Die windparken gaan er sowieso komen: de komende 10 jaar komt er 10 GW wind-op-zee en in 2050 moet dat 50 of zelfs 60 GW zijn. Voor één of meer windparken die verder uit de kust liggen, kan gekozen worden om een eiland op te spuiten. Daarop komen de benodigde voorzieningen om de uit wind opgewekte elektriciteit om te zetten in waterstof. Dit werkt met elektrolyse waarbij water (H2O) via groene elektriciteit wordt gesplitst in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Een eiland van 1000 bij 600 meter zou bijvoorbeeld plaats kunnen bieden aan een electrolyser van 3.5 GW en benodigde randapparatuur om groene waterstof te produceren. Bilfinger Tebodin maakte een haalbaarheidsstudie en ontwierp eilanden met een totale elektrische capaciteit van 2 GW, 5 GW en zelfs 20 GW aangesloten vermogen. Hierbij is gekeken naar hoeveel elektriciteit kostentechnisch zou kunnen worden omgezet naar waterstof. De aan land gebrachte waterstof wordt in eerste instantie ingezet voor grote industriële bedrijven, als grondstof voor bijvoorbeeld kunstmest en als brandstof voor het genereren van hogetemperatuurwarmte voor procesindustrie en raffinaderijen. Bilfinger Tebodin heeft een bijdrage geleverd aan het energie-eilandenconcept binnen North Sea Energy via het ontwerp van de waterstofproductie-installaties.

North Sea Energy

Samen met meer dan 25 andere partijen werd in 2018 North Sea Energy opgericht. ‘North Sea Energy kun je in wezen zien als een studieconsortium onder leiding van TNO’, vertelt René de Schutter. ‘In het consortium doen verschillende partijen uit de energiewaardeketen mee. Het Topconsortium voor Kennis en Innovatie Nieuw Gas financiert een deel van de kosten, de overige kosten worden gedragen door marktpartijen zoals wij. Bilfinger Tebodin participeert in-kind, door het leveren van uren waarin we werken voor North Sea Energy.’ Madelaine Halter: ‘Er zijn nu drie fases afgerond van ons programma. In eerdere fases ging het om het ontwikkelen van windparken op zee en de elektrificatie van strategisch gelegen gasplatforms, die we in de toekomst nodig kunnen hebben. Daarna zijn we naar cases gaan kijken en concepten gaan uitdenken. Het energie-eiland is een oplossing die we momenteel onderzoeken als onderdeel van slimme koppelingen tussen verschillende gebruiksfuncties op zee.’