Op weg naar de ontwikkeling van groene waterstof

Hoewel het onderzoek en de ontwikkeling van waterstof in China jaren achter ligt op Europa verwacht MERICS dat door de overheidsprioriteit de sector van groene waterstof eenzelfde inhaalbeweging kan maken als de sectoren zonnepanelen en elektrische batterijen. Het land staat nu al in voor 33% van de wereldproductie aan elektrolysers.

China is ’s werelds grootste producent van waterstof waarvan het jaarlijks 33 miljoen ton produceert of één derde van de wereldvraag. Waterstof wordt onder meer gebruikt in de chemische, raffinage- en metaalindustrie hetzij als energiedrager (bv. voor het leveren van warmte of elektriciteit in de metallurgie) of als grondstof (bv. voor de productie van ammoniak). Waterstof gaat een belangrijke rol spelen in de wereldwijde energietransitie. Geschat wordt dat waterstof tegen 2050 goed zal zijn voor 10-12 procent van China’s energieverbruik en zelfs voor 22 procent wereldwijd.

Als het land dit duurzaam en in overeenstemming met zijn emissiedoelstellingen wil bereiken, dan is goedkope en schaalbare groene waterstoftechnologie zoals elektrolysers nodig. Hoewel waterstof een ‘schone’ energiedrager is, kan de productie er van een aanzienlijke CO²-voetafdruk hebben. China produceert immers voornamelijk ‘bruine’ en ‘grijze’ waterstof door gebruik te maken van kolen of gas (respectievelijk 60 procent en 20 procent van de productie) met hoge CO²-emissies. Om de doelstellingen te halen tegen 2030 een maximale CO²-uitstoot te bereiken en vervolgens tegen 2060 CO²-neutraal te zijn, zal groene waterstof – nauwelijks goed voor ongeveer 1 procent van de productie – grijze waterstof zo snel mogelijk moeten vervangen. Verwacht wordt dat de prijs voor de productie van groene waterstof binnen enkele jaren de prijspariteit bereikt met de goedkopere grijze waterstof. Dit wordt dan niet enkel een lucratieve markt, maar ook het voorwerp van intense wedijver ook internationaal.  

Hoewel er momenteel maar 1GW in bedrijf is en 10GW wordt gepland, dringt de lobby organisatie voor waterstof bij de regering aan om tegen 2030 100 GW te installeren. Huidige voorspellingen houden het op 38GW elektrolyser capaciteit in 2030. Terwijl het EU plan ter ontwikkeling van waterstof uit 2020 dateert, heeft China zijn Medium and Long-term Plan for Hydrogen Energy Industry Development (2021-2035) uitgevaardigd in maart 2022. Terwijl de EU echter groene waterstof prioriteit geeft, is de Chinese strategie kleuren-neutraal en voorzien de plannen dat groene waterstof pas na 2030 grijze en blauwe waterstof zal overvleugelen.

China is al goed voor ongeveer een derde van de wereldwijde productiecapaciteit voor elektrolysers. Het kan alle belangrijke onderdelen in eigen land produceren, op enkele uitzonderingen na (met name waterstofkleppen) en de prijzen die lokale producenten vragen zijn zeer concurrerend. Ze voldoen echter nog niet aan de internationale normen op het gebied van efficiëntie en betrouwbaarheid, met name voor grote systemen, volgens insiders uit de industrie . Een belangrijke klemtoon ligt op het ontwikkelen van brandstof voor voertuigen. Beijing, Shanghai en de provincies Hebei, Binnen-Mongolië en Shandong streven er elk naar om tegen 2025 10.000 waterstofvoertuigen op hun wegen te hebben. De nationale regering heeft 1,7 miljard toelagen over voor lokale besturen die bijdragen tot dit soort specifieke doelstellingen.  

Overheid

Het in Duitsland gevestigde Mercator Institute for International China Studies MERICS noemt de nationale Chinese waterstof strategie ‘conservatief ‘omdat ze tegen 2025 streeft naar tussen 100.000 en 200.000 ton groene waterstof terwijl de EU één miljoen ton op het oog heeft. Het Duitse doel voor 14 TWh (Terawattuur) aan productiecapaciteit ligt twee maal zo hoog als het Chinese maximum van 6,7 TWh. Bovendien blijft de overheidssteun vooral gefocust op algemene ontwikkeling eerst en de vergroening op de tweede plaats. MERICS verwacht dat de Chinese benadering vooral zal steunen op lokale besturen, O&O centra en staatsondernemingen. Dit gebeurt effectief op het sub-nationaal niveau. Provinciale doelstellingen liggen soms hoger dan de nationale. Binnen-Mongolië streeft er naar om tegen 2025 ongeveer 500.000 ton groene waterstof te vervaardigen, het dubbele van de nationale strategie.   De provincies hebben aangekondigd dat ze van de waterstof nijverheid de komende 5 tot 10 jaren een sector willen maken die 756 miljard yuan waard is.

Ongeveer 30 lokale overheden noemden waterstof in hun 14e vijfjarenplan en meer dan 50 steden hebben een beleid om hun lokale waterstofindustrie te laten groeien. Negen provincies hebben tot nu toe grote ontwikkelingsplannen voor waterstof en aanverwante industrieën uitgebracht. Hebei, Binnen-Mongolië en Sichuan richten zich specifiek op groene waterstof. In 2021 kondigde Binnen-Mongolië zeven grote groene waterstofprojecten aan met een totale capaciteit van 2,2 GW aangedreven door wind en zon en die na voltooiing rond 2023 jaarlijks 67.000 ton groene waterstof zou produceren.

Het wordt een patroon dat provincies die rijk zijn aan hernieuwbare energie, hun zonne-, wind- en waterkracht bronnen integreren in hun waterstofstrategie. De provincies langs de kust zijn minder met de kleur van waterstof bezig en zijn meer bezig met brandstofcelvoertuigen, technologische innovatie en toepassingen in ‘de benedenstroom’. De trend is echter duidelijk: ondernemende functionarissen van lokale overheden en staatsbedrijven beginnen groene waterstof te zien als een aantrekkelijk middel om de doelstellingen van het koolstofarm maken te bereiken en kijken ook naar de stijgende marktverwachtingen (zeg maar prijs/winst) voor groene waterstoftechnologie. In Binnen-Mongolië heeft staatsonderneming Jingneng aangekondigd om een zonne-windenergiebasis van 5 GW te bouwen die jaarlijks meer dan 400.000 ton extra groene waterstof gaat produceren. Het bedrijfsleven blijkt almaar meer geïnteresseerd en Bloomberg verwacht zelfs dat China dit jaar 60% van de wereldwijde installaties zal uitmaken.

O&O financiering

Volgens het Internationaal Energie Agentschap (IEA) is de financiering van O&O verzesvoudigd tussen 2018 en 2019. De ontwikkeling van de groene waterstoftechnologie profiteert vooral van de National Key R&D Programs die meestal toegewezen worden aan een consortium onder een onderzoeksinstelling. Sinds 2016 heeft de regering 66 NKP projecten voor waterstof technologie aangekondigd ter waarde van 1,75 miljard yuan en 5 miljard yuan. Van deze focussen er 14 specifiek op groene waterstof met een gecombineerde waarde van 400 tot 1,25 miljard yuan. Het Dalian Institute of Chemical Physics bijvoorbeeld ontwikkelde en testte een nieuwe generatie katalysatoren voor zeer efficiënte alkalische elektrolyse.

Bijna alle toonaangevende vernieuwers in de groene waterstofsector worden in China rechtstreeks gefinancierd of gecontroleerd door de overheid of het nu gaat om universiteiten, de China Academie of Sciences (CAS) of staatsbedrijven. De Chinese beleidsmakers vergemakkelijken de groei van het binnenlandse innovatie-ecosysteem door samenwerking tussen universiteiten, ondernemingen en internationale actoren actief aan te moedigen. Het CAS fungeert als een centraal knooppunt van samenwerkingsverbanden tussen instituten in academische papers over groene waterstof en het werkt samen met bedrijven op het gebied van patenten. Het heeft samengewerkt met onder meer PetroChina, Boeing en Shell om meerdere patentfamilies te ontwikkelen.

De O&O steun voor waterstof heeft tot een scherpe stijging geleid van patent aanvragen in China zodat het aantal Chinese patenten dit van de rest van de wereld overtreft. Volgens het IEA schoot het aantal patenten over groene waterstofproductie vooral de hoogte in na 2015. Als resultaat nam het globaal Chinees aandeel van patenten qua groene waterstof toe tot twee derden in 2019. Ook op het vlak van publicaties valt een gelijkaardige trend te bemerken. China stond in voor 40% van de academische publicaties over groene energie tussen 2010 en 2020. Hoewel MERICS meldt dat het aantal aangevraagde en toegekende patenten tot op het punt steeg dat ze ver uitstijgen boven die in de EU en VS, toch wordt opgemerkt dat maar 6% aangevraagd wordt in het buitenland wat volgens MERICS wijst op een lagere kwaliteit vergeleken met de buitenlandse. Experten ramen dat het vijf jaar zou duren vooraleer China technologisch op het niveau raakt van de internationaal geavanceerde technologieën in waterstof en brandstofcellen.

Ondernemingen

Momenteel zijn er 120 projecten van groene waterstofproductie in verschillende ontwikkelingsstadia waarvan sommige van gigawatt-schaal. Ze bevinden zich hoofdzakelijk in de regio’s Binnen-Mongolië, Ningxia en Xinjiang waar veel hernieuwbare energie voorraad is. De meeste projecten voor groene waterstof worden gefinancierd door grote energie staatsondernemingen. Volgens de holding van staatsondernemingen SASAC is één derde van de staatsondernemingen van plan hun werking in de waterstof sector uit te breiden hetzij qua productie, opslag, tanken of aanverwante.

Sinopec kondigde bijvoorbeeld aan tegen 2025 het leidende Chinese bedrijf te willen worden qua waterstof en tegen 2050 (10 jaar vroeger dan het nationaal doel) koolstofneutraal te willen zijn. Het verwacht tegen 2025 per jaar 500.000 ton waterstof per jaar uit hernieuwbare energiebronnen te produceren en is van plan zijn netwerk van waterstoftransportpijpleidingen uit te breiden. Sinopec bouwt voorts productiefaciliteiten voor groene waterstof in Ordos (Binnen-Mongolië) en Kuqa (Xinjiang) met geplande jaarlijkse output van respectievelijk 10.000 en 20.000 ton. Deze projecten zullen naar verwachting in juni 2023 operationeel zijn.

Ook privé-bedrijven integreren almaar meer groene waterstof in hun zakenplannen. Projectontwikkelaar GCL New Energy heeft aangekondigd tegen 2025 ongeveer 100 energiestations te willen bouwen met een jaarlijkse productiecapaciteit van 400.000 ton groene waterstof. Het is ook een partnerschap aangegaan met twee financiële bedrijven om een waterstofinvesteringsfonds van 10 miljard op te richten.

Elektrolyser-fabricage

Electrolysers vormen de primaire technologie die de productie van emissievrije waterstof via hernieuwbare energie mogelijk maakt. Vanaf 2021 was China goed voor 35 procent van de wereldwijde productiecapaciteit aan elektrolysers en Europa 60 procent. Schattingen voor 2022 suggereren dat Europa al 2,5 GW heeft bereikt, terwijl China de capaciteit zou kunnen uitbreiden tot 1,5-2,5 GW.

Drie bedrijven domineren de Chinese markt voor alkalische elektrolysers: PERIC Hydrogen Technologies (geaffilieerd met Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation), Cockerill Jingli Hydrogen en Tianjin Mainland Hydrogen Equipment. China’s grootste staatsenergiebedrijf State Power Investment Corporation (SPIC), heeft aangekondigd dat het 10 miljard yuan zal investeren in een project in Changchun om hoogwaardige PEM Polymer electrolyte membrane -apparatuur te ontwikkelen, inclusief een productiebasis met een jaarlijkse productie van 40 GW. De toonaangevende leverancier van zonne-PV-omvormers Sungrow Power Supply, heeft in juni 2021 een speciale dochteronderneming voor waterstof opgericht.

Ook buitenlandse firma’s

Over het algemeen is de binnenlandse waterstoftechnologie meer concurrentieel geworden vooral op het gebied van brandstofcellen, membranen en alkalische elektrolyse. Er zijn nog bekommernissen over hun kwaliteit qua betrouwbaarheid en duurzaamheid, maar toch verbeteren de productiemogelijkheden van Chinese producenten. Dit vergroot het vermogen van China om industriële clusters en schaalvoordelen te benutten zodat de kosten verlagen. Wat Chinese technologie niet aan efficiëntie kan bieden, kan het goedmaken in prijs. Elektrolysers van Chinese makelij zijn al aanzienlijk goedkoper dan buitenlandse apparatuur en een verdere opschaling van de productie in de komende jaren zal in het voordeel van China werken, zo voorspelt MERICS.
De bestaande producenten verhogen hun aantaldemonstratie-projecten voor elektrolyse-technologie. Zonnepaneelproducent LONGi wil de capaciteit van 500 MW dit jaar uitbreiden tot 2GW en tot 5 à 10 in de komende jaren. SPIC plant voor 10 GW elektrolyse capaciteit tegen 2027. Zowat vergelijkbaar met de leidende producenten zoals  Thyssenkrupp, Siemens, McPhy of Cummins. Sommige zoals PERIC Hydrogen Technologies, Cockerill Jingli Hydrogen en Shandong Saikesaisi zijn al begonnen met de uitvoer van uitrusting. Buitenlandse firma’s zijn ook nauw betrokken bij de opkomende groene waterstofindustrie in China als leveranciers, R&D-partners en joint venture-partners.

Een van de belangrijkste was is het Belgische Cockerill Jingli Hydrogen dat Huaneng hielp bij de productie van ’s werelds eerste 1.300 m³ per uur alkalische elektrolyseur. Het werkte eerder samen met het Dalian Institute of Chemical Physics om elektrolysetechnologie te ontwikkelen. In 2021 leverde Cockerill Jingli Hydrogen leverde elektrolyzers voor de Olympische Spelen in Peking en voor de PV-waterstofcentrale van Baofeng in Ningxia. Chinese spelers hebben joint ventures gevormd met buitenlandse firma’s. Sinopec heeft een akkoord met Cummins en het Noorse HydrogenPro met Tianjin HQY Hydrogen Machinery.

Inhalen

MERICS oordeelt dat de Chinese technologie nog niet concurrentieel is met leiders zoals Siemens, Thyssenkrupp en Cummins maar dat ze snel kunnen inhalen. Op termijn zou het echter ernstige concurrentie kunnen betekenen. Het rapport voorspelt dat tegen de tijd dat groene waterstof zich begint te vestigen als een belangrijk onderdeel van China’s energievoorziening vanaf 2030, China ‘kampioenen’ zal hebben in technologieën uit de hele waardeketen, wat zal leiden tot meer concurrentie binnen China en op derde markten. Europese bedrijven kunnen profiteren van deelname aan de snelgroeiende nieuwe industrie in China. Het land wordt een belangrijke markt voor hun technologie en biedt kansen voor samenwerking op het gebied van onderzoek en standaardisering. Het valt echter nog te bezien of China qua groene waterstof dezelfde inhaalbeweging kan maken als met de zonnepanelen en elektrische batterijen.

De Chinese ambities kunnen uitpakken als een zegen of als een vloek. Chinese technologieontwikkelaars en -producenten zullen waarschijnlijk een waardevolle bijdrage leveren aan de wereldwijde inspanningen om klimaatverandering tegen te gaan door de kosten van gerelateerde technologieën te verlagen, maar ze zullen ook de concurrentie voor buitenlandse spelers vergroten.

MERICS raadt de Europese bedrijven aan de bijbehorende risico’s te beheersen en maatregelen te nemen om een te grote afhankelijkheid van Chinese verkoop te voorkomen, hun intellectuele eigendom te beschermen en hun technologische voorsprong te behouden. Europese politici en bedrijfsleiders krijgen de raad nauwe aandacht te bestreden aan de evoluerende overheidssteun en de impact op de Europese nijverheid als aan de energietransitie in Europa en daarbuiten.

Bron MERICS rapport