Referentie termsheet waterstof 31 oktober 2010 Deze Termsheet is door het onafhankelijke adviesbureau Squarewise opgesteld op basis van openbare bronnen en verificatie bij leveranciers, subsidieverstrekkers en experts. Aan dit document kunnen geen rechten worden ontleend. _____________________________________________________________________________________ Visie en strategie inpassing van brandstofcelhybride technologie in stadsbussen
Achtergrond Op 9 september j.l. is het CvB is akkoord gegaan met het functioneel specificeren van uitstoot binnen de concessie, met de uitvraag van twee opties voor uitstootreductie: Euro VI en groen gas, en met de uitvraag voor het realiseren van de eerste fase waterstof: het opnemen van vijf brandstofcelhybridebussen in de dienstregeling van Arnhem. Het opnemen van brandstofcelhybridebussen wordt gedaan om de economische ontwikkeling van de regio te stimuleren door een eerste stap te zetten in de toepassing van waterstof. Zowel de condities voor groen gas als voor waterstof moeten worden vastgesteld door betrokkenen middels term sheets die aan het bestek worden toegevoegd. Voor waterstof is de benodigde informatie vergaard door verschillende openbare bronnen wereldwijd te raadplegen ter ondersteuning en validatie van eerdere gegevens. Daarnaast heeft Squarewise, in overleg met ondermeer de gemeente Arnhem, de mogelijkheden voor financiering van de verwachte meerkosten in kaart gebracht. De op deze wijze onderbouwde en gevalideerde gegevens vormen een “marktconform” samenstel van gegevens. Met marktconform wordt bedoeld dat het aannemelijk is dat er meerdere bronnen en daarmee aanbieders zijn die de in de termsheet gevraagde componenten en systemen zouden kunnen leveren tegen de opgegeven voorwaarden, kosten en specificaties. De dataset is aan Significant aangeboden ter toetsing en modellering en de resultaten daarvan zijn opgenomen in deze termsheet.
Inleiding Emissiereductie van broeikasgassen is noodzakelijk om een bijdrage te leveren aan het mondiale probleem en de gestelde doelen van de landelijke en lokale overheden. Reductie van emissies die schadelijk zijn voor de gezondheid, zoals stikstofoxides (NOx) en fijnstof, zijn met name een lokaal probleem. Met name in de stedelijke omgeving waar veel mensen zich in omgeving bevinden met een relatief lage luchtkwaliteit, is dit een belangrijke oorzaak van vroegtijdige sterfte en een lagere kwaliteit van leven. Een belangrijke bijdrage aan de schadelijke emissies in de gebouwde omgeving is te wijten aan het wegverkeer. Het wegverkeer heeft een significant aandeel in de absolute emissie, maar het negatieve
effect is vele malen groter omdat het wegverkeer dicht bij de mensen komt en de emissies niet kunnen verdunnen zoals buiten de stad. In de stad zijn dit met name ook de openbaar vervoer bussen die een grote bijdrage leveren aan de schadelijke emissies en geluidsoverlast. Bij een transitie naar duurzame mobiliteit, door gebruikmaking van duurzame brandstoffen en energiedragers zoals groen gas, waterstof of elektriciteit, kunnen schadelijke emissies effectief worden teruggedrongen en kan de leefkwaliteit verbeterd worden. Nul-emissie mobiliteit is alléén mogelijk indien als energiedrager duurzaam opgewekte elektriciteit of duurzaam geproduceerd waterstof wordt gebruikt, alle andere varianten hebben nog steeds emissies van schadelijke stoffen en geluid. De Stadsregio Arnhem Nijmegen begeeft zich duidelijk aan het voorfront wanneer het gaat om het inzetten van elektrisch rijden en waterstof. Arnhem is de enige stad in Nederland waar trolleybussen al vele jaren in de dienstregeling zijn opgenomen. Deze trolleybussen bewegen zich voort op groene stroom en zijn daarmee nul-emissie. Trolleybussen hebben echter als nadeel dat ze relatief duur zijn, niet flexibel en een kostbare en beeldbepalende infrastructuur (bovenleiding) vereisen. Een draadloze trolley zou een ideale oplossing zijn, echter voldoen de bekende batterijtechnieken voorlopig niet aan de gestelde eisen. Een batterijsysteem aangevuld met een brandstofcel op waterstof kan echter wél aan de gestelde eisen voldoen. Een groot aantal partijen binnen de waterstofketen bevinden zich in de regio en de regionale overheid en politiek ondersteunen initiatieven om te komen tot concrete resultaten op het gebied van duurzame mobiliteit. Daarnaast ontwikkelt de Hogeschool Arnhem Nijmegen een sterk waterstof curriculum. De “Cool Region” krijgt hiermee ook daadwerkelijk een gezicht: hier gebeuren nieuwe dingen, hier moet je als student, kenniswerker en ondernemer zijn. Hierdoor kunnen op het gebied van kennisversterking- en ontwikkeling slagen gemaakt worden. Ook economisch heeft het voordelen; regionale industrie en bedrijvigheid profiteren van de ontwikkeling van nieuwe technologieën en verschaft inkomsten, kennis en werkgelegenheid. Deze lokale activiteiten en ontwikkelingen passen goed in de Europese trend van regionale openbaar vervoer busprojecten. In de afgelopen jaren is er een aantal busprojecten in Europa uitgevoerd binnen het CUTE programma (Clean Urban Transport for Europe). In dit programma is met 47 waterstofbussen proefgedraaid om de betrouwbaarheid en operationele aspecten vast te stellen. Ook in bijvoorbeeld Noord-Amerika en Canada zijn grootschalige demonstratieprojecten lopende of recent afgerond. In al deze projecten gaat het over regionale integratietrajecten waarin infrastructuur, maatschappelijke participatie en acceptatie, veiligheid en betrouwbaarheid een grote rol spelen.
Technologie Zero-emission bussen zijn alleen mogelijk indien als energiedrager duurzaam opgewekte elektriciteit of duurzaam geproduceerd waterstof wordt gebruikt. Brandstofcelhybride bussen nemen hierbij de ideale positie in door deze twee in synergie te combineren waarmee een volledig elektrische bus wordt verkregen (“draadloze trolley”). Door gebruik te maken van wielnaafmotoren kan de efficiëntie nog
verder worden verbeterd en daarmee de grootte van de brandstofcel en het waterstofverbruik worden verlaagd. Brandstofcelhybride bussen hebben lokaal geen emissie; geen NOx, geen fijnstof en geen CO2, maar ook vrijwel geen geluid. Een interessante bijkomstigheid is dat waterstof, nodig als brandstof voor de brandstofcel, duurzaam kan worden opgewekt middel biogasreforming en zeer goed is te combineren met parallelle ontwikkelingen op het gebied van groen gas, elektrisch rijden en daaraan gerelateerde technologieën. Hiermee is ook een echte, breed gedragen transitie zichtbaar: van aardgas in Nijmegen naar groen gas in de Regio, naar duurzaam waterstof als ultieme zero-emission oplossing, te beginnen in Arnhem. Door dit transitiepad te volgen wordt ontwaarding van investeringen in een groen gas infrastructuur voorkomen, terwijl de voordelen van groen gas en waterstof per direct kunnen worden benut.
Innovatie Het kan worden aangetoond dat de kosten voor de maatschappij bij het grootschalig inzetten van brandstofcelhybridebussen niet hoger hoeven te zijn dan voor diesel. Een maatschappelijke businesscase waarin de voordelen van zero-emission en de vermeden schaduwkosten zijn gekwantificeerd en worden aangewend voor het innovatieve deel van de concessie is hiervoor van belang. De maatschappelijke baten (gezondheidszorg, kennis- en economische structuurversterking en saldering van emissieplafonds) zijn hiervoor nodig. Het inzetten van innovatieve technologieën gaat altijd met een zeker risico gepaard. Om te garanderen dat de kwaliteit en inzetbaarheid van de OV bussen nooit in het geding zal komen, zal te allen tijde een direct inzetbaar alternatief voor handen zijn. In het begin zullen er voor de ontwikkeling van de technologie en het garanderen van de bedrijfszekerheid extra middelen nodig zijn. Deze zijn te vinden in subsidieprogramma’s als EFRO (Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling), Pieken in de Delta, Europese 7e kader programma’s en Joint Technology Initiatives (JTI) en soms ook regionaal. Aanvullend zijn de fiscale maatregelen zoals EIA en Vamil toepasbaar. Grootschaligheid is echter wel vereist om de maatschappelijke business case te kunnen maken en de beoogde effecten op bedrijvigheid, kostenreductie, milieu en gezondheid te krijgen. Bij grootschaligheid zijn de meerkosten voor het aanschaffen en gebruik van waterstofbussen beperkt tot enkele procenten van het totale OV budget.
Onderbouwing Deze termsheet beperkt zich, op verzoek van het College van Bestuur, tot de validatie en onderbouwing van de kosten, risico’s en financiering van vijf brandstofcelhybride bussen en een vulpunt voor deze vijf bussen. Om een goede inschatting te kunnen maken van de daadwerkelijke maatschappelijke kosten en baten is in deze referentie termsheet getracht de meest belangrijke parameterwaarden voor brandstofcel-
hybride stadsbussen (internationaal) te verifiëren. Gezien de extreem snelle technologische ontwikkelingen en de relatief geringe totale ervaring die de markt heeft met deze technologie, alsmede het feit geen enkel project exact te vergelijken is, dienen deze cijfers met voorzichtigheid te worden gehanteerd. In de bijlagen zijn twee componenten opgenomen. Bijlage I beschrijft de achtergrondinformatie die nodig is om de kosten, milieu-effect en risico’s in te schatten, Bijlage II beschrijft de berekeningen door Significant van de investerings- en exploitatiekosten vergeleken met de diesel/groen gas benchmark.
Conclusie De meerkosten in aanschaf en gebruik van vijf brandstofcelhybride bussen ten opzichte van het groen gas scenario bedragen ongeveer €700.000 per jaar (excl mogelijke subsidies). Deze kosten zijn relatief hoog omdat er met slechts vijf bussen wordt geëxperimenteerd. Significante kostenreducties worden bereikt indien er meerdere bussen worden ingezet zodat de ontwikkelkosten over een groter aantal bussen wordt afgeschreven. Tevens dalen de kosten voor het waterstoftankstation en de prijs per kilogram waterstof aanzienlijk bij grotere volumes. Ook de maatschappelijke baten zijn beperkt indien er met slechts vijf bussen wordt geëxperimenteerd. De baten van het inzetten van deze innovatieve technologie voor het imago van de stadsregio Arnhem Nijmegen en de spin-off voor de regionale bedrijven zijn niet in de analyse opgenomen. De door het College voorgestelde waterstofoptie zal ook daadwerkelijk een eerste stap naar een groter aantal brandstofcelhybride bussen moeten zijn en niet het “eindstation”.
Bijlage I _____________________________________________________________________________________ Opbouw kosten brandstofcelhybridebus: - 5 brandstofcelhybridebussen - 1 reservebus (diesel) - 1 vulpunt voor 5 bussen Vaste lasten: - Personeel (chauffeurs en werkplaats) - Verzekering - Motorrijtuigenbelasting - Opleiding en training - Werkplaats (aanpassing) - Remise (aanpassing) - Vergunning - Homolegatie - Keuringskosten - Utiliteitsvoorziening Variabele lasten: - Brandstof incl. feedstock (lokaal biogas) - Onderhoud - Back-up - Afvultijd - Rijklaar maken - Elektriciteitskosten vulpunt In Tabel 2 zijn deze kosten weergegeven. Uitstoot Brandstofcelhybride bussen hebben lokaal geen emissie (geen NOx, fijnstof en CO2). Voor de productie van waterstof wordt wel uitstoot toegerekend. Dit is afhankelijk van de gekozen productiemethode. Als uitgegaan wordt van stoomreforming van biogas, kan worden gerekend met een “Well to Wheel” emissie van 150 g CO2/km (excl. CCS)1. Dit geldt voor waterstof in brandstofcelsystemen toegepast in (stads)bussen. De uitstoot is afhankelijk van het waterstofverbruik. De cijfers van Citaro Fuel Cell Hybrid tonen aan dat het verbruik gemiddeld 0,12 kg waterstof per kilometer is (zie Tabel 1). Indien een lager vermogen brandstofcel wordt toegepast is 0,08 kg/km realistisch.
1
ECN, Environmental impact - H2 versus ICE
Tabel 1: Voertuigspecificaties vergelijkbare brandstofcelhybridebussen
brandstofcel [kW] Li-ion pack [kWh] actieradius [km] H2 verbruik [kg/100km] as vermogen [kW] naafmotor [kW] regeneratief remmen H2 opslag [kg] Gewicht leeg [kg] lengte [m] prijs [k€]
Van Hool PureMotion 120 17.8 350 ~9-11 170 n.a. ja 38.5 16.300 13.2 ~950
Mercedes FuelCELL citaro 120 (2x60, 2x90 piek) 26 250 10-14 120 2x60 (2x80 piek) ja 35 13.200 12 ~1500
Aanschafkosten en onderhoudskosten H2 hybride bussen Brandstofceltechnologie verandert snel2. Een competitieve prijsindicatie van Ballard (à € 2.330/kW) drijft de inschatting van de aanschafkosten van vijf brandstofcelhybride bussen naar beneden. Dynatek heeft inzage gegeven in de kosten van opslagtanks, waarvan de opslagcapaciteit al hoger ligt dan in een eerdere schatting (50,4 kg). Dit komt de uiteindelijke actieradius overigens ten goede. In totaal is de inschatting dat een waterstofbus volgens het voorgestelde concept maximaal €890.000,- in aanschafkosten zou moeten zijn bij deze aantallen en een verdere reductie van zo’n 40% bij grotere volumes3. Onderhoudskosten bus per kilometer personeel) excl FC Onderhoudskosten per kilometer Brandstofcel
4 (incl. €0,275/km
€0,07/km
Aanschaf en onderhoudskosten infrastructuur – Vulpunt De kosten van het bouwen van een vulpunt zijn sterk afhankelijk van de wijze waarop waterstof wordt geproduceerd. Als uitgegaan wordt van een vulpunt dat geschikt is voor 100 m3/h oftewel 225 kg per dag (geschikt voor 5 H2 bussen die maximaal 450 km per dag afleggen), inclusief lokale productie uit biogas, kan uitgegaan worden van de volgende kosten vermeld in onderstaande tabel. Ter verificatie is, naast de gegevens van leveranciers, ook de studie Comparing Business Case Descriptions of Near-Term 2 3
4
http://www.fuelcells.org/info/charts/buses.pdf Facts&Figures waterstof, Squarewise in opdracht van de Stadsregio Arnhem Nijmegen, 11 mei 2010 VanHool, Citaro Fuel Cell comparison (http://www.ceem.unsw.edu.au/content/documents/OwenandCockcroft.pdf)
Hydrogen Stations van het National Renewable Energy Laboratory5 gebruikt. Hierin wordt geconcludeerd dat een tankstation voor 700 kg/dag ongeveer 5 M€ kost, en de prijs voor waterstof gemaakt uit biogasreforming op 4,2 tot 5,4 €/kg komt bij commerciële verkoop. Tabel 1: Model parameters termsheet waterstof update 29/10 Parameter Toelichting Bus
Bus Bus Bus Bus
Onderhoudskosten hybride bus per kilometer Onderhoud brandstofcel euro/km Afschrijving bussen Restwaarde bussen Actieradius Aanschaf
incl. personeel, excl brandstofcel 50% stackwisseling per jaar duur van concessieperiode Gelijk aan CNG bus Vergrootte opslag Kosten bij kleine series
Tankstation
Kosten reformer
Tankstation
Jaarlijkse afschrijvingskosten reformer
Tankstation
Jaarlijkse onderhoudskosten reformer en compressor Gebouw, compressoren, opslag en dispenser Prijs waterstof inclusief opwerking (=€0,43/m3= €5/kg) en vulpunt
incl. lokale productie H2 uit biogas 10 % van kapitaal investering, 80.000km/bus/jaar 5% van kapitaal investering, 80.000km/bus/jaar €1.000.000 afschrijven over 20 jaar reformer incl afschrijving, rentelasten, groen gas inkoop + afschrijving kosten vulpunt
Bus
Tankstation Tankstation
Operaties Operaties Operaties Operaties Operaties
Extra personeelskosten per jaar Back-up i.v.m. mogelijke uitval Vultijd en frequentie vullen Omscholingskosten medewerkers (eenmalig) Aanpassing remises t.b.v. onderhoud - € per stalling
Kosten ivm onbetrouwbaarheid 1 diesel backup voor 5 H2 bussen rijklaar maken €41.900 €50.000
Grand Totaal, 5 waterstof bussen+infra+aanpassingen+afschrijving +personeel @ 80.000km/jaar per bus 5
Comparing Business CaseDescriptions of Near-Term Hydrogen Stations, NREL, februari 2010, http://www.iphe.net/docs/2010_Infrastructure_Meeting/5.StationCases.pdf
Kosten excl BTW € 0,275/km €0,07/km Totaal 0,345 €/km 10 jaar €10.000 450 km €890.000 = €1,10/km TOTAAL €1,445/km €2.000.000 €200.000/jaar
€100.000/jaar
1,5 €/kg waterstof extra (=€0,12/km) €6,5/kg =€0,52/km (@0,08 kg/km)
TOTAAL €0,52/km 1,04 (factor) Factor: 1,2 niet anders dan diesel €41.900 (voor 5 bussen) €50.000 (voor 5 bussen) TOTAAL €0,023/km
€1,99/km
Subsidies Zowel op Europees, landelijk als regionaal niveau zijn subsidies beschikbaar. Op Europees niveau is er in de periode 2008-2013 in totaal 94-106 miljoen beschikbaar voor demonstratieprojecten6. In de jaren 2011 (106,8 miljoen) 2012 (73,8 miljoen) en 2013 (80,9 miljoen). Op regionaal niveau is er vanuit EFRO mogelijkerwijs geld beschikbaar7. EFRO is gericht op het subsidiëren van een onrendabele top tot ca 45 % van de kosten van technologische innovatie, aan te vragen door betrokken bedrijven. Op dit moment is zowel de economische als de milieupost ten behoeve van EFRO volledig leeg, volgens Oost N.V., contactorganisatie voor zowel Pieken in de Delta en EFRO. Er wordt momenteel een notitie voorbereid waarin geadviseerd wordt om deze posten weer te vullen, ten behoeve van EFRO. Totdat deze notitie is aangenomen is er weinig duidelijk over de kansen om via EFRO subsidie te ontvangen. In bijzondere gevallen dekt de regio/gemeente Arnhem ook een deel van de onrendabele projectkosten voor investeringen en aanloopkosten van exploitatie8. Hierbij dient wel te worden opgemerkt dat de kansen dat de provincie een bijdrage levert groter worden naarmate het meer een ‘Oost-Nederland’ verhaal wordt. Zolang Arnhem als enige betrokken is zijn de kansen op financiële ondersteuning vanuit de provincie klein9. Binnen het programma Pieken in de Delta is waterstof geen speerpunt en daarmee zijn de kansen op subsidie binnen dit programma erg klein10. Voor het waterstofscenario is het van groot belang te benadrukken dat de ontwikkeling van de technologie zich in de beginfase van grootschalige demonstratie bevindt. Dit impliceert dat er grote stappen in systeemefficiëntie en kosten zullen worden doorlopen bij de ontwikkeling en realisatie van de eerste en tweede generatie brandstofcelhybridebussen. De genoemde eerste fase van vijf brandstofcelhybridebussen betreft deze eerste generatie. Omdat gedurende de ontwikkeling en de inzet van de eerste generatie bussen het systeem wordt geoptimaliseerd, kunnen vervolgens de kosten voor de tweede en eventueel volgende generaties drastisch worden verlaagd. Een kostenreductie van 43% is berekend in onze Facts&Figures studie van mei 2010. Op basis van deze kostenreductie door schaalgrootte en verbeterde systeemefficiëntie is het gehele waterstofscenario zoals voorgesteld en doorgerekend door Significant voor de Stadsregio potentieel interessant. Wij benadrukken hierbij dat het gehele waterstof(ingroei)scenario moet worden doorlopen om haalbaar te zijn in directe kosten en in directe en met name indirecte baten. Het innovatieve karakter en de economische structuur van de regio wordt alleen versterkt door een significante vloot van brandstofcelhybridebussen en niet door slechts een eerste fase van vijf bussen. Daarnaast moet voorkomen worden dat op basis van de meest kostbare en onzekere brandstofcelhybridebussen, namelijk de eerste vijf, de technologie wordt gediskwalificeerd door te vergelijken met meer gevestigde en dus minder innovatieve technologieën. Het level playing field voor 6
8 9
FCH-JU, http://ec.europa.eu/research/fch/index_en.cfm Informatie verstrekt door de Gemeente Arnhem. Gerefereerd werd ook naar het project HyMove en de bijdrage van Eureka in dezen. Oost NV, Gerard van Galen
10
Oost NV, Gerard van Galen
waterstof in relatie tot bijvoorbeeld groen gas wordt gedurende het voorgestelde ingroeiscenario ontwikkeld, maar moet wel deze kans krijgen. Maatschappelijke Kosten-Baten Analyse (MKBA) De MKBA voor openbaar vervoer is een belangrijk instrument voor de politiek om te sturen op indirecte economische aspecten. De maatschappelijke business case bestaat uit een aantal componenten die te maken hebben met voordelen en nadelen die de maatschappij ondervindt bij een keuze voor een bepaalde brandstof en/of technologie voor OV-bussen. Deze componenten kunnen zowel direct als indirect zijn en de kosten en baten vallen in principe buiten het OV budget. Bij het toepassen van waterstof en brandstofcellen in het OV van de stadsregio zijn de volgende componenten relevant: Emissie: totaal ongeveer 6 miljoen €/jaar kostenbesparing t.o.v. diesel bij volledige omschakeling • Verlaging van de gezondheidskosten door vermeden emissies van de bussen (m.n. NOx, fijnstof en CO2): ongeveer 1 à 2 miljoen €/jaar • Verruimen van economische ontwikkelingsmogelijkheden door saldering van emissieplafonds (m.n. NOx en fijnstof): ongeveer 5 miljoen €/jaar • Bijdrage aan CO2 reductie voor regionale doelstelling (gemiddeld 20.000 ton CO2 reductie/jaar): 0,5 miljoen €/jaar op basis van de huidige CO2 certificaten • Geluidsreductie voor omgeving • Comfortverhoging chauffeur en passagiers Technologie: totaal ongeveer 4 miljoen €/jaar opbrengsten t.o.v. diesel bij volledige omschakeling • Economische spin-off: structuurversterking regionale economie door extra werkgelegenheid gerelateerd aan een nieuwe technologie en brandstof (assemblage, onderhoud, veiligheid, keuring, batterijonderhoud, reparatie, infrastructuur, brandstofproductie en distributie), kenniswerkers. • Verbeterene van het internationaal vestigingsklimaat • Directe werkgelegenheid +/- 50-200 banen extra in de stadsregio bij de leveranciers van de sleutelcomponenten: ongeveer 4 miljoen €/jaar vermeden kosten bij 100 nieuwe banen • Kennis structuurversterking: onderwijs en opleiding, HAN, Kiwa/Gastec, RDW, toepassing in andere vervoersmiddelen en gebruikers • Herhalingsfactor naar andere afnemers en concessiehouders • Innovatiekracht en branding/imago: Cool Region, eerste zero-emission concessie in Nederland De bovenstaande totale besparingen gelden voor een volledige omschakeling. De invoering van 5 waterstof bussen brengt bovenstaande besparingen dichterbij, maar een en ander is sterk afhankelijk van de overkoepelende visie voor lange termijn omschakeling en de mate waarin de markt deze concessie interpreteert als een serieuze stap in die richting.
Bijlage II
