Innovathuis, waterstof huis Stad aan ’t Haringvliet met Solenco PowerBox

In Stad aan ’t Haringvliet is op 11 september 2019 het Innovathuis, een volledig op waterstof draaiend huis in gebruik genomen. De initiatiefnemers willen zelfs een wijk van 250 woningen bouwen die geheel op waterstof draait. Volgens producent Solenco kan een woning met hun Powerbox, een waterstof systeem, de seizoenen overbruggen en zelfs van het elektriciteits- en gasnet worden afgesloten. Dit is een pittige claim. Wij zoeken uit of de beweringen kloppen en tonen u de uitkomsten. Het finale oordeel, zou u zelf in zo’n waterstofhuis willen wonen, is aan u.

Auteur: Wim Schermer

Innovathuis, een eengezinswoning bevat:

  • Een electrolyser, die groene stroom en water omzet in waterstof
  • Een brandstofcel, die waterstof weer omzet in elektriciteit
  • Een boiler die via een zogeheten katalytische reactie warmte maakt uit waterstof en zuurstof voor warm tapwater en de vloerverwarming
  • Opslag voor 1.200 liter waterstof (bij 30 bar) om de seizoenen te overbruggen.
  • Twee batterijen van ABB, om aan snelle piekvraag naar elektrische energie te kunnen voldoen
  • Vloerverwarming
  • 30 zonnepanelen
  • Ventilatie met warmteterugwinning
  • Recirculatie douche
  • Energiebesparende kranen

Het argument, niet in deze modelwoning, maar wel in de plaats Stad aan ’t Haringvliet om waterstof te gebruiken, is dat minder goed of slecht geïsoleerde huizen geen warmtepomp zouden kunnen gebruiken. Een matig geïsoleerd huis verbruikt makkelijk 2.000 m3 gas per jaar en 3.400 kWh elektriciteit.

Vandaag de dag nieuw gebouwde woningen, zoals het Innovathuis, hebben een gasverbruik van rond 500 m3 per jaar als er een gas CV zou staan. Die woningen, nu al vaak zonder gasaansluiting, kunnen sowieso zonder waterstof en vaak zelfs zonder warmtepomp. Met een aantal Infrarood panelen is de verwarming meestal prima te regelen. Wij gaan er in de verdere berekeningen van uit dat er niet 3.400 kWh elektriciteit, dit is het landelijke gemiddelde, maar rond 2.500 kWh elektriciteit zal worden verbruikt. In de woning zal op inductie gekookt worden. Dit levert een jaarverbruik van rond 365 kWh op dat is opgenomen in de 2.500 kWh.

Zonnepanelen naar waterstof

De 30 zonnepanelen zullen met een vermogen van 320 Wp per paneel totaal 8.460 kWh per jaar opleveren. Voor iedere kg waterstof is via elektrolyse  58 kWh elektriciteit benodigd. De zonnepanelen zouden totaal 149 kg waterstof per jaar op kunnen leveren. Omdat het huishoudelijk stroomverbruik van 2.500 kWh er vanaf gaat wordt er netto maximaal 106 kg waterstof per jaar geproduceerd.

Waterstof

In het goed geïsoleerde Innovathuis is ca. 500m3 aardgas aan warmte nodig per jaar, als er een CV-ketel in zou staan. 500 m3 aardgas staat gelijk aan 4.500 kWh elektriciteit. 500 m3 aardgas wordt door de 3x lagere energiedichtheid van waterstof totaal 1.500 m3 waterstof. 1.500 m3 waterstof is 136 kg waterstof. Voor verwarming is dus 136 kg waterstof per jaar nodig.

Om die 136 kg waterstof met elektrolyse uit groene stroom te maken is 58 kWh elektriciteit per kg waterstof nodig. Dat kost 136 x 58 = 7.888 kWh elektriciteit.

Hebben we voor alleen verwarming 7.888 kWh nodig, het gewone huishoudelijke verbruik van 2.500 kWh per jaar komt daar nog bij. 

De geplande 30 zonnepanelen van 320 Wp op het dak van de proefwoning hebben een opbrengst van rond 8.460 kWh per jaar. Meer panelen kunnen er niet op het dak. We hebben op jaarbasis 7.888 + 2.500 is 10.388 kWh nodig. We komen dus 10.388 - 8.460 is 1.928 kWh tekort.

Verdringing

Groene waterstof wordt gemaakt uit duurzaam opgewekte elektriciteit van windmolens en zonnepanelen. We hebben in Nederland nog geen 10% duurzame elektriciteit. 

Door de verliezen om van elektriciteit waterstof te maken - 30% - en van waterstof terug naar elektriciteit - 50% - is er heel veel meer duurzame stroom nodig dan bij het direct gebruiken van diezelfde duurzame stroom in warmtepompen en voor het laden van accu’s van elektrische auto’s. De stroom die tijdens elektrolyse is verbruikt is niet meer beschikbaar voor andere gebruikers en moet natuurlijk wel opgewekt worden. En dat gebeurt in … kolen- en gascentrales. Dit heet verdringing en is het onvermijdelijke gevolg van het extreem hoge energieverbruik en daarbij optredende verliezen tijdens het maken en later verbruiken van waterstof. De bedoeling is dit bij de modelwoning te voorkomen met maar liefst 30 zonnepanelen.

Helaas, dit probleem gaat toch ook spelen bij onze modelwoning.

Systeemkosten

De route via waterstof vereist heel forse investeringen.

Wij kennen de benodigde investering niet, maar een ruwe schatting levert toch al gauw een bedrag op van tussen de 30.000 en 40.000 euro voor alleen het waterstofgedeelte en de batterijen. Voor alleen de Powerbox van Solenco van zeg 10 kW is al een bedrag van rond 20.000 euro nodig. Een concurrerend vergelijkbaar systeem van HPS, de Picea, kost € 54.000,- excl. btw.

De claim van de fabrikant van de Powerbox als zou deze een rendement van 95% halen is ons inziens veel te optimistisch. Aan de in de zomer vrijkomende warmte bij de elektrolyse heb je, behalve voor het douchen, vrijwel niets. In de winter vindt het proces in omgekeerde volgorde plaats. Mits er natuurlijk voldoende waterstof in de tank zit. Dat gaat, dat zien we later, volledig de mist in. Om van waterstof elektriciteit te maken verlies je tijdens de omzetting 50% van de energie. Uiteraard kan de warmte dan wel gebruikt worden maar dit compenseert de grote verliezen lang niet. We gaan er van uit dat alle warmte, zowel bij de elektrolyse als bij de omzetting naar elektriciteit in de brandstofcel volledig nuttig zullen worden gebruikt. 

We gaan er dan ook, optimistisch als we zijn, vanuit dat het maken van sanitair warm water geen extra energie zal kosten. Zoals we later zullen zien is er in december en januari evenwel geen waterstof beschikbaar is voor verwarming. Waar komt dan de verwarming voor sanitair tapwater vandaan?

Ook gaan we ervan uit dat de benodigde elektriciteit voor het huisverbruik van de zonnepanelen direct de accu’s in gaat en de stroom dus niet via waterstof wordt opgewekt.

(On)gelijktijdigheid

In de zomer wordt er veel zonne-energie opgewekt. Als dat overschot in waterstof kan worden omgezet en opgeslagen, dan is dat prima. Maar … dan moet wel voldoende waterstof kunnen worden opgeslagen om de geringe opbrengst van de zonnepanelen in de winter te kunnen opvangen. Hier gaat de schoen wringen.

Opslag om de ‘seizoenen te overbruggen’? 

Er wordt gerekend met een opslagtank van 1200 liter op 30 bar. Dat is 36.000 liter waterstof bij 1 bar en dat is slechts iets meer dan 3 kg waterstof. Met de 8.460 kWh van de zonnepanelen kan, gedeeld door 58 kWh, 149 kg waterstof per jaar worden gemaakt. Dat zou voldoende zijn om jaarrond te komen. In bijgaand rekenmodel zien we dat we in de zomer 79 kg waterstof overhouden. De waterstoftank is evenwel maar in staat om 3 kg waterstof op te slaan.

Het winterverbruik voor alleen verwarming van 136 kg waterstof kan dan ook, op 3 kg na, niet worden opgeslagen.

In de vier wintermaanden wordt 80% van het jaarlijkse verbruik verstookt. 80% van 136 kg /120 winterdagen betekent een waterstofverbruik van 0,9 kg waterstof per winterdag.

De ruim 3 kg die in de tank kan worden opgeslagen is volledig ontoereikend voor seizoensopslag. 








Kan het Innovathuis de winter doorkomen? NEE!

In december hebben de zonnepanelen 2% van de jaaropbrengst, 150 kWh. Per decemberdag wordt er 5 kWh door de zonnepanelen opgewekt.

Stel dat we op 1 december de maximale 3 kg waterstof in de tank hebben zitten.

Het Innovathuis gebruikt een kwart van de energie in vergelijking met een matig geïsoleerde woning, 0,9 kg waterstof per winterdag. Dit betekent dat de 3 kg waterstof aan het eind van 3 december op zullen zijn. De eerste drie decemberdagen leveren de zonnepanelen totaal 15 kWh op. Daar is helaas maar een kwart kilo waterstof van te maken.

Op 4 december gaat de waterstofkachel dan ook onherroepelijk uit, om de hele verdere winter niet meer aan te gaan. Het staatje geeft de verdeling door het jaar aan. In de maand december leveren de zonnepanelen zelfs niet genoeg stroom voor het normale huishoudelijke elektriciteitsverbruik. Ook voor de verwarming van douchewater is noch elektriciteit, noch waterstof beschikbaar.

Op deze manier is ‘seizoensopslag’ een wassen neus. Het is echt onvoorstelbaar, en feitelijk misleidend, dat de fabrikant dit opslagsysteem voor ‘het overbruggen van de seizoenen’’ aanbiedt.

De uiterst beperkte opslagmogelijkheden voor de waterstof zijn ook in de zomer fnuikend. Er kan maar 3 kilo waterstof worden opgeslagen. Dat wordt al bereikt met maar 3 x 58 kWh elektriciteit van de zonnepanelen. Op een zonnige zomerdag hebben de 30 zonnepanelen een opbrengst van rond 60 kWh. Binnen drie dagen zit de waterstoftank vol en moet de stroom van de zonnepanelen grotendeels worden teruggeleverd aan het net.

Per saldo blijft de waterstof modelwoning, op één week per jaar na, zowel in de winter als in de zomer volledig afhankelijk van een netaansluiting.

Toch jaarrond? 972.000 liter in een tank van 32.400 liter bij 30 bar

We komen sowieso 136 - 106 = 30 kg waterstof tekort om de seizoenen te overbruggen.

Willen we de in de zomer geproduceerde waterstof opslaan dan moet de opslagcapaciteit worden uitgebreid naar minimaal 80 kg waterstof. Dat vereist een 27x grotere tank dan de 1.200 liter die nu bij de modelwoning staat. Een dergelijke tank moet 32.400 liter groot zijn op 30 bar. Dergelijke tanks staan bij waterstoffabrieken en kosten enkele malen de waarde van een eengezinswoning. Totaal onhaalbaar dus.

Investering en maandlasten

De investeringen in de waterstofroute zijn zeker 30.000 euro hoger dan de kosten van een warmtepomp. Een extra investering van 30.000 euro drijft de maandelijkse kosten flink op. Schrijf die extra 30.000 euro in 15 jaar af en je ziet dat de maandtermijn, zonder rente, met 167 euro toeneemt. De investering in waterstof kan moeilijk stapsgewijs worden gedaan. 

De waterstof modelwoning heeft per winter 109 x 58 is 6.300kWh extra elektriciteit nodig, en levert per zomer 79 x 58 is 4.600kWh terug aan het net. Nu er tot 2023 nog twee jaar gesaldeerd mag worden moet er 6.300 - 4.600 = 1.700 kWh per jaar aan stroom worden ingekocht. Dat kost per jaar € 450,- euro, per maand € 37,50.

We zagen al dat meerkosten van de waterstof installatie rond € 167 euro per maand belopen. De extra maandlasten van de goed geïsoleerde modelwoning op waterstof zijn ongeveer € 167 + € 37,50 = € 204,50.

Zou de modelwoning voorzien zijn van een warmtepomp, dan zouden de maandlasten 0 euro bedragen. Na afschaffing van de salderingsregeling in 2023 zal de situatie voor beide gevallen veranderen, vooral voor de waterstof woning zal dat, door de veel grotere energiebehoefte, duurder uitpakken.

Toch een warmtepomp?

Als er 500 m3 gas nodig is, dan is dat het equivalent van 4.500 kWh elektriciteit. Een moderne lucht/water warmtepomp heeft een rendement van 350%, een COP van 3.5. Dat betekent dat de 4.500 kWh gedeeld mag worden door 3.5 en resteert er dus een werkelijk verbruik van 1.286 kWh. Het normale huishoudelijke stroomverbruik is 2.500 kWh per jaar. Totaal dus 3.786 kWh. De 30 zonnepanelen leveren 8.460 kWh op. 

Er kan dus 8.460 - 3.786  = 4.674 kWh per jaar aan het net worden teruggeleverd. Er kan zelfs worden besloten om geen warmtepomp te gebruiken maar het huis te voorzien van infrarood verwarming. Ook dan ontstaat er een 0-op-de-meter woning met een minimale investering.

Moderne alternatieve warmtepompen

Van lucht/water warmtepompen wordt vaak gezegd dat de buitenunits veel lawaai maken.

Een nieuwe ontwikkeling is die met thermodynamische warmtepompen. Buiten staan een aantal zwarte aluminium panelen van 80 x 200 cm die met een koelmiddel zijn gevuld. Binnen staat de compressor, een soort koelkast. Dit systeem werkt altijd, dag en nacht en heeft een hoog rendement. Voordeel is dat er buiten totaal geen geluid wordt geproduceerd.

Recent zijn er zelfs kleine warmtepompen zoals van Enzavu.nl geïntroduceerd zonder buitenunit. Deze zogenaamde stadswarmtepompen zijn buiten onhoorbaar.

Deze beide apparaten kunnen zowel standalone als hybride, d.w.z. samenwerken met de huidige gas CV. Tot 95% van de tijd werkt de warmtepomp, gaat het stevig vriezen dan slaat de oude gas CV aan.

Als er geen mogelijkheden zijn om goed te isoleren kun je toch met een warmtepomp de woning al een stuk duurzamer maken. 

Is er bij renovatie van de woning betere isolatie aangebracht dan kan de gas CV alsnog de deur uit en kan de warmtepomp de verwarming en het maken van tapwater jaarrond volledig overnemen.

Bij gebruik van een warmtepomp en slechts 15 zonnepanelen zijn er geen energiekosten meer, je hebt een 0-op-de-meter woning. Een warmtepomp is veel goedkoper dan een waterstofsysteem maar nog steeds een prijzig apparaat. In de modelwoning is al vloerverwarming. Een warmtepomp kost vanaf 8.000 euro. In die situatie zijn 15 zonnepanelen voldoende, zodat er voor de zonnepanelen € 4.000 minder uitgegeven hoeft te worden. Je zou ook kunnen zeggen dat de warmtepomp slechts € 8.000 - € 4.000 is € 4.000 kost aan investering.

CO2 uitstoot

De route via waterstof levert op jaarbasis een tekort aan waterstof op van 30 kg. Dat is het equivalent van 1.740 kWh elektriciteit. Deze stroom zal door een fossiele centrale moeten worden opgewekt en levert een CO2 uitstoot op van 1.129 kg CO2. Niet schokkend, maar vermijdbaar.

De in vergelijking met een warmtepomp meer benodigde 15 zonnepanelen moeten nu worden ingezet om de verliezen van het waterstofsysteem te compenseren. Een systeem met warmtepomp en 30 zonnepanelen kan meer dan de helft van de  opgewekte stroom, 4.674 kWh, aan het net leveren en daarmee 4.674 x 0,649 = 3.033 kg CO2 uitstoot voorkomen. Met de extra 1.129 kg CO2 uitstoot van het waterstofhuis levert een warmtepomp totaal een besparing aan CO2 uitstoot op van 4.162 kg per jaar. Waar het waterstofhuis 1.129 kilo CO2 extra uitstoot, levert de woning met een warmtepomp juist een vermindering op van 3.033 kg CO2.

Het Innovathuis verbruikt 2,7x zoveel energie

Het Innovathuis heeft een elektriciteitsverbruik van 10.388 kWh nodig. Zou de modelwoning met een warmtepomp zijn uitgerust dan zou het huis een verbruik hebben van 3.786 kWh. De veel duurdere waterstofwoning verbruikt dus 2,7 x meer elektriciteit.

Mobiliteit

De initiatiefnemers willen ook graag op waterstof rijden. Een op waterstof rijdende Toyota Mirai verbruikt per 100 km 1 kg waterstof. Om 1 kg waterstof te maken is 65 kWh elektriciteit nodig. Dat is 7 kWh meer dan normaal omdat de waterstof tot 700 bar moet worden gecomprimeerd. Tijdens dat comprimeren moet de waterstof tot -40 gr. C afgekoeld worden, een energieverslindend proces.

Die 65 kWh kan ook direct in een elektrische auto worden geladen. Dan rijdt die elektrische auto, een Hyundai Kona of Tesla Model 3, er maar liefst 390 km ver mee. Je kunt dus met dezelfde hoeveelheid elektriciteit één waterstofauto of vier elektrische auto’s laten rijden.

Tenslotte

De route via waterstof veroorzaakt door een laag rendement, tegenwerkende gelijktijdigheid én verdringing onnodige CO2 uitstoot op. Ook zien we door de grote investering en seizoensprobleem veel hogere maandlasten. Er is geen sprake van seizoensopslag, noch in de zomer, noch in de winter. Dit wordt veroorzaakt doordat er onvoldoende waterstof gemaakt wordt en de inhoud van de waterstoftank veel en veel te gering is.

Voor flink minder dan de helft van de kosten van de waterstofroute kan een volledig duurzame oplossing, zonder CO2 uitstoot, met een warmtepomp worden gerealiseerd. 

Per saldo doet het Innovathuis maar 7 dagen per jaar waarvoor deze bedoeld is, één week dus. 51 weken van het jaar is de waterstof woning volledig afhankelijk van het elektriciteitsnet.

Alle bedragen en hoeveelheden zijn berekend op basis van diepgaande kennis en grondig onderzoek. Er zullen kleine verschillen mogelijk zijn, zo worden rente en renteaftrek niet meegenomen. Deze kleine verschillen doen in het geheel niets af aan de conclusies. 

Mocht u fouten of verkeerde aannames in onze berekeningen vermoeden, laat het ons weten. Wij hebben geen enkel belang bij wel of geen waterstof. Zo vinden wij grijze waterstof ter vervanging van dieselmotoren in grote vrachtwagens een prima optie. Wij willen uitsluitend dat duurzame energie optimaal wordt gebruikt en niet grotendeels wordt vernietigd door gebruik van waterstof.

We hebben hieronder een aantal bronnen aangegeven.

Maar, zoals altijd, is de conclusie aan u. 

Wim Schermer

Begaan met het milieu, rijdt elektrisch en woont, inclusief de elektrisch gereden kilometers, in een O-op-de-meter huis.

Met dank aan een grondwater warmtepomp, 8 zonnepanelen op de eigen carport en 37 zonnepanelen op een boerendak in een postcoderoos regeling.

https://www.innovathuis.nl

http://www.solencopower.com

https://www.stadaantharingvliet.nl/site/dorpsnieuws-nieuws-280/2362-stad-op-weg-naar-waterstofgas

https://enzavu.nl/Warmtepomp/

https://d3nxhfluvg7nur.cloudfront.net/app/uploads/2019/09/Van-aardgas-naar-waterstof.pdf

https://www.pbl.nl/sites/default/files/cms/publicaties/pbl-2019-conceptadvies-SDE-plus-plus-grootschalige_waterstofproductie_3747.pdf

https://www.co2emissiefactoren.nl/lijst-emissiefactoren/

https://www.vrt.be/vrtnws/nl/2019/09/11/nederland-stelt-eerste-waterstofwoning-voor/

Alternatief waterstof systeem Picea

http://www.homepowersolutions.de/en/product#content

Waterstofgate
Op naar een parlementaire enquete?