Ondergrondse waterstofopslag: een cruciale schakel in de energietransitie

Buffer tussen vraag en aanbod

Om waterstof op grote schaal toe te passen, is het noodzakelijk om alle onderdelen van de waterstofketen in samenhang en gelijktijdig te ontwikkelen: de duurzame productie, het transport, de opslag en het gebruik ervan. In deze keten levert ondergrondse opslag de essentiële buffer voor de koppeling van vraag en aanbod op een tijdschaal van uren tot enkele maanden.

Is de productie van groene waterstof hoger dan de vraag, dan raakt de opslag gevuld. En is de vraag groter dan de productie, of stokt de import, dan kan waterstof uit de opslag de vraag opvangen. Zo ontstaat de leveringszekerheid die gebruikers nodig hebben om de overstap te maken naar groene waterstof.

Opslag in zoutcavernes en gasreservoirs ondergronds

Omdat het bij waterstof om enorme volumes gaat, is naast beperkte bovengrondse opslag ook behoefte aan ondergrondse opslag. Twee veelbelovende mogelijkheden zijn ondergrondse opslag in zoutcavernes en in gasreservoirs. Zoutcavernes zijn holtes in ondergrondse zoutlagen die zijn ontstaan door zoutwinning.

Gasreservoirs zijn poreuze zandsteenlagen waaruit aardgas is gewonnen. In beide gevallen kan waterstofgas de plaats innemen van het gewonnen steenzout of aardgas. Hiermee maken we nuttig gebruik van de beschikbare ondergrondse ruimte voor de opslag van waterstof, en verminderen we het bovengrondse ruimtegebruik.

Om ondergrondse opslag mogelijk te maken, onderzoeken we de fysieke en maatschappelijke uitdagingen van ondergrondse waterstofopslag in zoutcavernes en gasreservoirs. In Nederland is het doel om in 2030 waterstofopslag in zoutcavernes commercieel toe te passen. De ontwikkeltijd van waterstofopslag in gasreservoirs is langer omdat deze technologie eerst nog moet worden getest in een demonstratieproject voordat deze kan worden opgeschaald.

Fysieke uitdagingen

Het concept van gassen opslaan in zoutcavernes en gasreservoirs kennen we allang, omdat aardgas zo wordt opgeslagen. Maar waterstofmoleculen gedragen zich anders dan aardgasmoleculen. Een cruciaal verschil is dat waterstof een voedingsstof is voor micro-organismen. De vraag is daarom in hoeverre micro-organismen de zuivere waterstof die je injecteert en opslaat, consumeren en omzetten in andere stoffen.

Dat beïnvloedt immers de prestaties van de opslag: je raakt waterstof kwijt en de waterstof die overblijft, raakt vervuild met ongewenste stoffen. Een andere onderzoeksvraag is of de materialen voor de opslag lang genoeg intact blijven. Een opslag is zo’n vijftig tot zestig jaar in gebruik. Hoe meet je of alle materialen nog intact zijn en hoe voorkom je dat ze worden aangetast? Ten slotte zijn er nog veel vragen over de effecten en risico’s van waterstofopslag in de ondergrond zoals bijvoorbeeld lekkage, en hoe deze te voorkomen en te signaleren zijn met metingen.

Maatschappelijke inbedding

Remco Groenenberg leidt het onderzoeksprogramma van TNO op het gebied van ondergrondse waterstofopslag. Dat programma beslaat niet alleen de technische kant, vertelt hij: “De technologische ontwikkeling van ondergrondse waterstofopslag moet hand in hand gaan met de maatschappelijke kant. Denk aan wetgeving en draagvlak onder de bevolking. Als je daar geen oog voor hebt, kom je tot stilstand."

Internationale samenwerking

Ondergrondse waterstofopslag is wereldwijd van belang om de transitie naar duurzame energie mogelijk te maken. Serge van Gessel, hoofdadviseur bij de Geologische Dienst Nederland, onderdeel van TNO, coördineert een taak op het gebied van ondergrondse waterstofopslag binnen het Hydrogen Technology Collaboration Programme van het Internationaal Energieagentschap.

“In deze programmataak brengen we de laatste inzichten uit lopende en recent afgeronde onderzoeken naar ondergrondse waterstofopslag samen. Het waardevolle aan dit programma is dat we internationaal samenwerken met meer dan 50 partijen met een diverse achtergrond: universiteiten, industriële partners en overheden. Eind 2024 verschijnt het eindrapport waarin we de bevindingen bekendmaken.”

Van laboratorium naar praktijk

De stand van zaken rond de technische uitdagingen van ondergrondse waterstofopslag is dat we door laboratoriumonderzoek en modellen inmiddels goed weten wat er gebeurt. De uitdaging is nu om deze inzichten op grotere schaal te testen en verifiëren. Hiervoor werken we samen met onder andere RAG Austria, Shell en EBN binnen het Europese project EUH2STARS om in Oostenrijk de ondergrondse opslag van waterstof in een klein gasveld te demonstreren.

TNO is in dit project betrokken bij verschillende werkstromen:

• risicomanagement
• ontwerp van het ondergrondse en bovengrondse gedeelte van de opslagfaciliteit
• samenwerking tussen de opslagfaciliteit en het transportsysteem om vraag en aanbod in balans te houden
• sociale inbedding en acceptatie.

Remco: “Bij TNO hebben we methoden en technieken ontwikkeld die in dit project worden toegepast. Daarvan kunnen we ook leren voor Nederland. TNO adviseert de Nederlandse overheid over beleid om de mogelijkheden van groene waterstof te benutten. De resultaten van deze demonstratie in Oostenrijk zijn daarvoor van groot belang.”

Innovatie toepasbaar maken

Naast onderzoek, het toepasbaar maken van innovatie en het beschikbaar stellen van publieke informatie over de ondergrond, heeft TNO Geologische Dienst Nederland een wettelijke taak om de Nederlandse overheid te adviseren over activiteiten in de diepe ondergrond zoals waterstofopslag. Voor het ontwikkelen van de benodigde inzichten werken we samen met talloze partijen in binnen- en buitenland: overheidspartijen, zoals ministeries, kennispartijen, zoals universiteiten, en industriële partners.

In die samenwerkingen heeft TNO vaak een leidende rol. “Orchestrating innovation is niet voor niets deel van onze missie,” vervolgt Remco. “TNO is bij uitstek geschikt om het voortouw te nemen, omdat wij als grote organisatie kennis op alle relevante terreinen in huis hebben. Wij kijken naar de hele waardeketen, terwijl veel partijen zich doorgaans in een deel ervan specialiseren. Ook op het gebied van ondergrondse waterstofopslag is dat zo.”

Serge: “TNO staat niet zelf aan de lat om ondergrondse opslag te realiseren, dat doet de industrie. Als onafhankelijke kennispartner leveren we daarvoor de kennis.” Zo hebben we bijgedragen aan een onderzoeksproject van de Gasunie met generieke inzichten omtrent de risico’s van waterstofopslag in zoutcavernes. Deze kennis is belangrijk voor de toepassing en opschaling van ondergrondse waterstofopslag vanaf 2030. Een ander goed voorbeeld is GroenvermogenNL, een Nationaal Groeifondsproject naar de waardeketen van groene waterstof.

Een onderdeel daarvan is het HyTROS-project, waarin tientallen partners onder leiding van TNO de resterende vragen over waterstoftransport en -opslag beantwoorden, in voorbereiding op pilots en demonstratieprojecten. Daarnaast hebben we een door de EU gefinancierd project gecoördineerd dat de haalbaarheid en het potentieel van grootschalige opslag van groene waterstof in poreuze reservoirs in Europa onderzocht. Dankzij de daarbij behorende roadmap voor de verdere ontwikkeling van ondergrondse waterstofopslag, komt de daadwerkelijke toepassing ervan in zicht.