De rol van kernenergie in de toekomstige waterstofeconomie

Het Nucleair Energie Agentschap (NEA) van de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (OESO) publiceerde in september 2022 een rapport over de rol, die kernenergie speelt in de toekomstige waterstofeconomie ˚). Het bevat tevens de productie– en transportkosten van waterstof en het geeft inzicht in de mate, waarin kernenergie concurrerend is met andere productiemethoden.

Waterstof vindt al op grote schaal toepassing. In 2020 bedroeg de mondiale productie 90 miljoen ton. De gangbare techniek is gebaseerd op een chemische reactie in een reformer, waarbij stoom en methaan bij hoge temperatuur met elkaar reageren. Bij deze methode komt veel CO2 vrij. De productie met elektriciteit vindt plaats met elektrolyse. De apparatuur met lage temperatuur elektrolyse is zover uitontwikkeld, dat ze binnen een jaar of vijf de gehele bestaande productie kan overnemen. Voor die 90 miljoen ton zou dan 4,5 PWh ˚˚) aan elektriciteit nodig zijn. Ter vergelijking: Dat is ongeveer gelijk aan de jaarlijkse stroomproductie van alle kerncentrales op aarde, ofwel twee derde deel van het elektriciteitsgebruik in Europa.

Er zijn drie fasen te onderscheiden om in de toekomst wereldwijd met elektrolyse waterstof zonder CO2-emissie te produceren. De komende periode tot 2030 kan de omschakeling plaatsvinden van methaan of aardgas naar elektriciteit, die zonder of met een heel kleine CO2-emissie is opgewekt. Na 2025 moet de productie fors omhoog, terwijl na 2035 de industrie en een deel van het transport grootschalig moeten overschakelen op waterstof. In 2050 moet voor een klimaatneutrale  energievoorziening de waterstofproductie wereldwijd naar meer dan 500 miljoen ton. De energiebronnen, die in aanmerking komen voor waterstofproductie via elektrolyse, zijn zon, wind en kernenergie. Voor een min of meer continue productie is voor zon en wind elektriciteitsopslag nodig. Temeer omdat elektrolyseapparatuur een hoge investering vergt en derhalve veel uren per jaar moet draaien. Voor de kostenvergelijking zijn in de berekening de kosten voor elektriciteitsopslag en de extra kosten van de elektrische infrastructuur meegenomen. Net als de transportkosten van de waterstof als ze met zonne-energie in het Midden-Oosten is geproduceerd. Voor de productie met reformers zijn de kosten voor de ondergrondse CO2-opslag (CCS) in rekening gebracht. Voorts is uitgegaan van een hoge gasprijs, namelijk $ 100 per MWh. De aldus door NEA berekende leveringskosten voor waterstof, dat zijn de productiekosten plus die van de genoemde bestanddelen, komen uit op:
● $ 1,90 per kilogram waterstof voor kernenergie gemiddeld over de levensduur van de kerncentrale en $ 3,60 voor nieuw te bouwen kerncentrales;
● $ 3,50 per kg voor wind;
● $ 4,20 – 4,30 per kg voor zon in Europa en het Midden-Oosten;
● $ 8,60 per kilogram voor de productie uit methaan of aardgas met een reformer.

Tenslotte is de bevinding van NEA, dat in 2050 waterstofproductie met kernenergie voordelen biedt voor een grootschalig industrieel gebruik vanwege de noodzakelijke continue toelevering.

Meer informatie:
https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_73133/the-role-of-nuclear-power-in-the-hydrogen-economy?details=true

˚) De titel van het NEA-rapport is: The Role of Nuclear Power in the Hydrogen Economy – Cost and Competitiveness
˚˚) 1 PWh = 1 PetaWattuur = 1000 TeraWattuur (TWh) = 1 miljoen GigaWattuur (GWh) = 1 miljard MegaWattuur (MWh) = 1 biljoen kiloWattuur (kWh)