Waarom de warmtepomp wint van waterstof – simpelweg omdat de natuurkunde dat dicteert

Wie zich verdiept in de energietransitie komt waterstof al snel tegen als een soort wondermiddel. Waterstof zou industrie verduurzamen, zware mobiliteit mogelijk maken en zelfs onze huizen kunnen verwarmen. Het idee klinkt aantrekkelijk: we maken met wind en zon groene waterstof, sturen die door leidingen en gebruiken hem net als aardgas. Toch laat het schema hierboven zien dat deze gedachte bij nadere beschouwing wringt. Niet vanwege ideologie of voorkeur, maar omdat de onderliggende natuurkunde onverbiddelijk is.

Het schema vergelijkt twee manieren om huishoudens te verwarmen met duurzame energie. In beide gevallen begint het verhaal met windenergie op zee. Het verschil zit in wat we daarna doen. Gaan we de elektriciteit direct gebruiken in warmtepompen, of zetten we die eerst om in waterstof om die vervolgens weer te verbranden? Op papier lijkt het misschien een detail, maar in de praktijk maakt het een wereld van verschil.

Laten we beginnen bij het einddoel. In het Verenigd Koninkrijk is ongeveer 70 gigawatt aan warmte nodig om woningen te verwarmen. Dat is de hoeveelheid warmte die op een koude winterdag continu geleverd moet worden. Beide routes in het schema leveren uiteindelijk precies die 70 gigawatt. Maar de weg ernaartoe verschilt drastisch.

In de waterstofroute, boven in het schema, wordt eerst een enorme hoeveelheid windenergie opgewekt. Het gaat om 385 gigawatt aan geïnstalleerd vermogen, verspreid over een zeeoppervlak van ongeveer 52.000 vierkante kilometer. Dat is groter dan Nederland. Die enorme infrastructuur levert uiteindelijk ongeveer 150 gigawatt aan bruikbare elektriciteit op. En vanaf dat moment beginnen de verliezen zich op te stapelen.

Elektriciteit moet eerst worden omgezet van wisselstroom naar gelijkstroom, wat relatief efficiënt gaat, maar niet zonder verlies. Daarna volgt de elektrolyse: het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Dit is een energie-intensief proces waarbij grofweg een kwart van de energie verloren gaat, vooral in de vorm van warmte. Die warmte is meestal laagwaardig en lastig nuttig te gebruiken. Vervolgens moet de waterstof worden samengeperst, opgeslagen en getransporteerd. Ook dat kost energie. En tenslotte wordt de waterstof in een ketel verbrand om warmte te maken, opnieuw met verliezen.

Wie deze stappen achter elkaar zet, ziet dat uiteindelijk slechts ongeveer een derde van de oorspronkelijke duurzame elektriciteit daadwerkelijk als warmte in de woning terechtkomt. Met andere woorden: twee derde van de opgewekte energie raakt onderweg verloren. Niet omdat de techniek slecht is, maar omdat elke omzetting nu eenmaal energie kost.

De warmtepomproute, onder in het schema, laat een heel ander beeld zien. Hier is veel minder windvermogen nodig: 67 gigawatt, op een oppervlak van ongeveer 9.000 vierkante kilometer. De opgewekte elektriciteit, zo’n 26 gigawatt, wordt na transport vrijwel direct ingezet in warmtepompen. En daar gebeurt iets fundamenteel anders dan bij waterstof.

Een warmtepomp maakt namelijk geen warmte door iets te verbranden. In plaats daarvan verplaatst hij warmte van buiten naar binnen. Zelfs op koude dagen bevat de buitenlucht, de bodem of het grondwater nog steeds thermische energie. De warmtepomp gebruikt elektriciteit om die warmte te concentreren en naar een hoger temperatuurniveau te brengen. Hierdoor kan met één eenheid elektriciteit drie tot vier eenheden warmte worden geleverd. In het schema is gerekend met een conservatieve factor drie.

Dat betekent dat 26 gigawatt elektriciteit voldoende is om diezelfde 70 gigawatt aan huishoudelijke warmte te leveren. Zonder ingewikkelde tussenstappen. Zonder aparte energiedrager. En met veel minder infrastructuur.

Het cruciale verschil tussen beide routes is dus niet een beleidskeuze, maar een fysisch principe. Waterstof moet eerst worden gemaakt en daarna weer worden omgezet in warmte. Bij elke stap gaat energie verloren. De warmtepomp daarentegen benut een natuurlijke warmtestroom en versterkt die. Daardoor stijgt het rendement boven de 100 procent. Dat klinkt misschien tegenintuïtief, maar het is volledig in lijn met de thermodynamica. De extra energie komt niet uit het niets, maar uit de omgeving.

Wie beide routes naast elkaar legt, ziet dat de warmtepomproute ongeveer zes keer minder windvermogen nodig heeft om hetzelfde resultaat te bereiken. Dat verschil is niet alleen een kwestie van efficiëntie, maar ook van ruimte, kosten en maatschappelijke impact. Offshore wind is een waardevolle, maar schaarse bron. Netcapaciteit, materiaalgebruik, onderhoud en ecologische effecten vormen allemaal beperkingen. Hoe meer energie je uit elke kilowattuur haalt, hoe sneller en betaalbaarder de energietransitie kan verlopen.

Dat betekent niet dat waterstof geen rol heeft in een duurzaam energiesysteem. Integendeel. Voor toepassingen waar directe elektrificatie moeilijk of onmogelijk is, zoals de productie van staal, kunstmest of bepaalde chemische grondstoffen, kan waterstof onmisbaar zijn. Ook in de internationale scheepvaart en mogelijk in de luchtvaart ligt een rol. Maar dat zijn precies de sectoren waar geen eenvoudig elektrisch alternatief bestaat.

Ruimteverwarming is dat alternatief er wel. Sterker nog: het is technologisch volwassen, schaalbaar en al op grote schaal in gebruik. De warmtepomp is geen experimentele technologie, maar een efficiënte machine die perfect past bij een elektriciteitssysteem dat steeds groener wordt.

Het schema laat daarmee een belangrijk principe zien dat vaker in de energietransitie geldt: gebruik elektriciteit zo direct mogelijk. Elke extra stap die je toevoegt om elektriciteit eerst om te zetten in een andere energiedrager, verlaagt het totale rendement en vergroot de benodigde infrastructuur. Dat is geen mening, maar een rekensom.

Wie pleit voor waterstof in de cv-ketel, pleit impliciet voor veel meer windmolens, meer netverzwaring, hogere kosten en een zwaardere ruimtelijke belasting. Dat kan alleen worden gerechtvaardigd als er geen alternatief is. En dat alternatief is er wel.

De conclusie dringt zich dan ook vanzelf op. Voor het verwarmen van woningen is directe elektrificatie met warmtepompen veruit de meest effectieve route. Niet omdat warmtepompen hip zijn, maar omdat ze de beschikbare duurzame energie optimaal benutten. Waterstof is waardevol waar het nodig is, maar verspilling waar het niet hoeft.

De energietransitie vraagt niet om zoveel mogelijk oplossingen, maar om de juiste oplossingen op de juiste plek. Het schema hierboven laat zien dat wie goed rekent, automatisch bij de warmtepomp uitkomt.