Woman on the moon
Mevrouw Marjan Minnesma bespreekt een ambitieus plan, Woman on the Moon, voor TATA steel met premier Rutte en staatssecretaris Yesilgöz. Na afloop rapporteert mevrouw Minnesma dat de bewindslieden welwillend luisterden naar haar ideeën. Waarom mevrouw Minnesma met de bewindslieden hierover sprak en niet de bestuurders en technici van TATA steel zelf is onduidelijk maar het plan op zich is lovenswaardig: TATA moet staal gaan produceren met groene waterstof ipv met steenkool, waarbij die groene waterstof wordt gemaakt met wind op zee. Hieronder probeer ik ongeveer uit te rekenen wat de implicaties zijn van dit plan. 
Voor de productie van 1 ton staal in een hoogoven is gemiddeld 0,6 ton steenkool nodig en 1,6 ton ijzererts. Bij de productie van een ton staal wordt 1,8 ton CO2 uitgestoten. De hoeveelheid energie die nodig is om een ton staal te maken is 20 GJ ofwel 5500 kWh. Het productieproces voor het maken van staal is al honderd jaar oud en het is nauwelijks voor te stellen dat dit nog veel efficiënter kan.
Een ton is duizend kilo. k(ilo) staat voor duizend, M(ega) voor miljoen, G(Iga) voor miljard en T(era) voor triljoen. GJ is GigaJoule waarbij Joule een maat voor energie is, net als kWh die vooral wordt gebruikt voor elektrische energie. We werken met kWh omdat windturbines elektrische energie leveren.
TATA IJmuiden produceert 8 miljoen ton staal per jaar en dat kost dus 44 TWh aan energie. Mede door de toename van de vraag naar staal voor de bouw van windmolens verwacht TATA naar een productie van 10 miljoen ton staal te gaan maar voor dit moment houden we het even bij de huidige 8 miljoen.
Mevrouw Minnesma stelt voor (nog niet bestaande) 15 MW windturbines te laten bouwen. Die zijn goed voor 65 GWh per jaar bij een CapaciteitsFactor (CF) van 50%. Voor productie van 44 TWh, dus voor de huidige productie bij TATA steel, heb je dan 677 van die molens nodig. Zulke windturbines zijn ruim 300m hoog dus als je ze 1 km uit elkaar plaatst heb je een zeeoppervlak van circa 26 km bij 26 km nodig. Op de onderlinge afstand van windmolens wordt nog gestudeerd: dichter bij elkaar nemen ze minder plaats in maar vangen ze ook de wind voor elkaar weg en daalt de CF. Een recente studie in Nature laat zien dat niet alleen windturbines die te dicht bij elkaar staan elkaar de wind afvangen maar ook dat hele windparken de windkracht doen verminderen en veroorzaken dat volgende windparken windafwaarts een aanmerkelijk lagere (tot wel 20%) CF hebben. Ook de wind op de Noordzee is een beperkte bron van energie, aldus het artikel.
Mevrouw Minnesma stelt voor om in plaats van kolen te verbranden eerst waterstof te produceren door middel van elektrolyse en dat vervolgens te gebruiken om staal te maken. Bij elektrolyse wordt water, H2O, gesplitst in waterstof H2 en zuurstof O2 door middel van elektriciteit. In dat proces van omvorming van elektriciteit naar waterstof verlies je 30% van de energie. Om daarvoor te compenseren heb je geen 44 TWh maar 62 TWh aan elektrische energie nodig ofwel geen 677 maar 967 turbines. Dan wordt het benodigde oppervlak circa 31 km bij 31 km. Dit oppervlak is ongeveer aangegeven op de kaart die de ruimte laat zien die er nog is op de Noordzee voor IJmuiden voor windturbines: het bedekt al een groot deel van het windenergiegebied IJmuiden. En dit is alleen nog maar voor staalproductie.
Voor het maken van groene waterstof voor TATA heb je dus 62 TWh aan stroom nodig. Dat is de helft van het totale Nederlandse elektriciteitsverbruik (120 TWh per jaar). Hiervan wordt op dit moment nog maar 7,5% (9 TWh) door wind op zee geproduceerd. Het lijkt vrijwel onmogelijk om dit voor 2030 op te schalen naar de 62 TWh die TATA nodig heeft. Zeker als ook nog een groot deel van alle andere elektriciteit op zee moet worden opgewekt. En zeker ook als je bedenkt dat de vraag naar stroom de komende jaren een factor 2 of 3 zal toenemen.
Er is natuurlijk ook de mogelijkheid om kerncentrales ipv windturbines te gebruiken. Een middelgrote kernreactor van 1 GW levert bij een capaciteitsfactor van 90% 8 TWh per jaar. Voor de benodigde 44 TWh voor TATA zou je aan 6 reactoren genoeg hebben. Een kernreactor levert behalve stroom ook warmte. Dit biedt mogelijkheden omdat waterstofproductie efficiënter gemaakt kan worden bij hoge temperaturen (thermolyse). Dit moet nog worden getest en zeker op deze schaal, maar misschien voorkom je hiermee de 30% verliezen bij het maken van waterstof dmv elektrolyse. Een kerncentrale met 6 reactoren is een grote en op het terrein van TATA in IJmuiden is hiervoor waarschijnlijk geen plaats. Er zal moeten worden uitgeweken naar zee of elders aan de kust. Misschien is er wel ruimte voor eerst 1 kernreactor zodat de techniek kan worden ontwikkeld en getest. Zo’n test is wellicht mogelijk voor 2030.
In o.a. de petrochemische, cement- en kunstmestindustrie wordt nu al jaarlijks 8 miljard kubieke meter aan waterstof gebruikt. Deze waterstof wordt van aardgas gemaakt en daarbij komt veel CO2 vrij. Ook dit proces moet worden vergroend. Deze 8 miljard kubieke meter waterstof weegt 0,66 miljard kg. Er is 50 kWh energie nodig om een kg waterstof te maken dmv elektrolyse. Om 8 miljard m3 te maken heb je dus 33 TWh per jaar nodig ofwel nog eens 500 van die grote windturbines of nog 4 middelgrote kernreactoren.
Het plan van mevrouw Minnesma is ambitieus, te ambitieus. Tot 2030 is de kans om een Nederlandse vrouw op de maan te krijgen veel groter dan de kans dat dit plan slaagt.