Exploring the impacts of demand scenarios, weather variability and mitigation of emissions on Morocco's hydrogen market and renewable transition pathways

Technische Samenvatting: Onderzoek naar de impact van vraagscenario's, weersvariabiliteit en emissiereductie op de Marokkaanse waterstofmarkt en de transitiepaden voor hernieuwbare energie

Probleemstelling
Marokko streeft ernaar om tegen 2030 tot 4% van de wereldwijde Power-to-X (PtX)-markt te veroveren, door gebruik te maken van de overvloedige zonne- en windbronnen om een strategische partner te worden voor de Europese energietransitie. Er bestaan echter aanzienlijke onzekerheden met betrekking tot Europese vraagtrajecten, de gereedheid van infrastructuur en investeringsrisico's. Hoewel eerdere studies de Marokkaanse transitie naar hernieuwbare energie hebben geanalyseerd met behulp van sectorgekoppelde modellen (bijv. OSeMOSYS) of specifieke exportpaden (bijv. PyPSA-Earth), ontbreekt een systematische vergelijking van waterstofgebaseerde paden. Specifiek is er een gebrek aan hoogwaardige modellering die de productie van groene waterstof en de downstream-derivaten (ammoniak, methanol, groene staal) expliciet optimaliseert, terwijl tegelijkertijd rekening wordt gehouden met binnenlandse industriële herallocatie versus exportgerichte strategieën, interjaarlijkse weersvariabiliteit en financiële sensitiviteiten. Deze studie adresseert de dubbele uitdaging van de verschuiving van een importeur van koolwaterstoffen naar een exporteur van groene moleculen, terwijl tegelijkertijd binnenlandse waardecreatie, energiezekerheid en de decarbonisatie van sectoren die moeilijk te verduurzamen zijn (hard-to-abate), worden gewaarborgd.

Methodologie
De studie maakt gebruik van een uitgebreide, sectorgekoppelde versie van het open-source, op uurbasis werkende, multiregionale PyPSA-Earth-model. De analyse beslaat de periode tot 2035 met een ruimtelijke resolutie van 14 regio's (nodes) gebaseerd op GADM-data.

• Modelverbeteringen: Het framework integreert drie specifieke PtX-toeleveringsketens: groene staalproductie (via Direct Reduced Iron en Hot Briquetted Iron), groene methanol (uit gevangen CO2 en waterstof) en groene ammoniak (via het Haber-Bosch-proces). Het bevat beperkingen om ervoor te zorgen dat de temporele afstemming op uurbasis tussen de opwekking van hernieuwbare elektriciteit en de elektrolytische waterstofproductie overeenkomt met de opkomende EU-regelgeving voor hernieuwbare brandstoffen van niet-biologische oorsprong (RFNBO's).
• Analyse van potentieel gebied: Een techno-ecologische haalbaarheidskaart werd geconstrueerd met behulp van Boolean overlays van exclusielagen (bos, stedelijk gebied, landbouwgrond, etc.) en specifieke criteria: minimale scores voor de implementatiekans van zon/wind, nabijheid van het elektriciteitsnet (<30 km) en waterstressbeperkingen (80% van het land met lage waterstress tegen 2050). Dit identificeerde ongeveer 94,24 GW aan onshore wind en 462,25 GW aan zonne-PV potentieel.
• Vraagpaden: Een hybride vraagmodellering combineert de bottom-up methodologie van LEAP met gerichte literatuurstudies voor de residentiële, transport- en industriële sectoren. Scenario's differentiëren op basis van activiteitsniveaus, technologische diffusie en brandstofaandelen.
• Definitie van scenario's: Twee contrasterende scenario's werden gemodelleerd:
  • S1 (Industriële Herallocatie): Richt zich op binnenlandse transformatie, inclusief een groene staalwaardeketen voor lokale/exportvraag en volledige binnenlandse auto-aanvoer van ammoniak voor meststoffen. De expansie van methanol wordt beperkt door de beschikbare CO/CO2 uit cement/industrie.
  • S2 (Exportmogelijkheden): Prioriteert directe waterstofexport naar Europa, ondersteund door buitenlandse investeringen en de uitbreiding van de haveninfrastructuur.
• Sensitiviteitsanalyse: Er zijn 'one-at-a-time' sensitiviteitstests uitgevoerd op de gewogen gemiddelde kosten van kapitaal (WACC), de strengheid van de CO2-beperkingen en weersvariabiliteit (met behruik van een jaar met weinig wind uit de ERA5-dataset, 2016).
• Welvaartsproxy: Om verder te gaan dan eenvoudige kostenminimalisatie, werd een welvaartsproxy berekend door de modelafgeleide marginale prijzen van producten (H2, NH3, MeOH, HBI, staal) te vermenigvuldigen met hun productievolumes. Dit dient als een maatstaf voor de impliciete welvaartsbijdrage van de uitbreiding van de binnenlandse industriële activiteit.

Belangrijkste Resultaten

• Waterstofvraag en Schaal: Beide scenario's vereisen een vergelijkbare omvang van de waterstofvraag tegen 2035, variërend tussen 32,3 en 37,8 TWh. Dit geeft aan dat de binnenlandse decarbonisatiepotentie van Marokko (voor ammoniak en staal) structureel gelijkwaardig is aan de beoogde exportcapaciteit.
• Capaciteitsuitbreiding: Beide paden vereisen een verdrievoudiging van de huidige capaciteit van hernieuwbare energie en elektrolysers. De totale geïnstalleerde elektrolysercapaciteit bereikt 3,8 GW (S1) tot 4,3 GW (S2). Zonne-PV en onshore wind vormen de meerderheid van de nieuwe capaciteit, waarbij de regio Meknès–Tafilalet is geïdentificeerd als optimaal voor zon en Guelmim–Es-Semara voor wind.
• Strategische Afwegingen:
  • S1 (Focus op Binnenlandse Markt): Resulteert in hogere systeemkosten (ca. €18,9 miljard) maar genereert de hoogste welvaartsbijdrage (ca. €6,2 miljard) door diepe industriële diversificatie en verminderde importblootstelling.
  • S2 (Focus op Export): Levert lagere systeemkosten op (ca. €15,5 miljard) maar een lagere welvaartsbijdrage (ca. €2,8 miljard).
• Bevindingen Sensitiviteit: De studie vond dat financieringskosten (WACC) de dominante drijfveer zijn van de systeemuitkomsten. Het verlagen van de WACC van 7,8% naar 6% heeft een grotere impact op de systeemkosten en concurrentiekracht dan strengere CO2-beperkingen of weersvariabiliteit. Het systeem is voldoende gediversifieerd om jaarlijkse weersfluctuaties op te vangen.
• Haalbaarheid: De geoptimaliseerde hernieuwbare capaciteiten voor 2035 vallen goed binnen de reikwijdte van de aangekondigde Marokkaanse projectenlijst voor hernieuwbare energie voor 2030, wat de technische haalbaarheid van de voorgestelde paden bevestigt.

Betekenis en Claims
Het artikel beweert onderbouwde richtlijnen te bieden voor beleidsmakers om de balans te vinden tussen de binnenlandse en exportgerichte ambities van Marokko. De belangrijkste bijdragen zijn:

1. Voorbij de laagste kosten: De studie toont aan dat het beoordelen van waterstofstrategieën enkel op basis van de laagste kosten het risico loopt de nationale welvaartswinsten te onderschatten. Het duurdere pad (S1) levert aanzienlijk meer impliciete welvaart op door industriële diversificatie en de creatie van lokale waardeketens.
2. Financiële Sensitiviteit: Het benadrukt dat het waterstofpad van Marokko meer wordt bepaald door toegang tot goedkoop kapitaal (WACC) dan door technisch potentieel of klimatologische factoren. Beleidsmaatregelen gericht op het verminderen van investeringsrisico's kunnen effectiever zijn dan aanvullende regelgevende aanscherpingen.
3. Structurele Gelijkwaardigheid: Het stelt vast dat de schaal van de benodigde binnenlandse decarbonisatie ongeveer gelijk is aan de exportambities, wat de strategische vraag verschuift van "hoeveel moet er geproduceerd worden" naar "waar moet de prioriteit liggen voor waardecreatie".
4. Beleidshulp: De bevindingen suggereren dat planning kaders welvaartsgebaseerde indicatoren moeten integreren naast kostenmetingen om nationale ontwikkelingsprioriteiten te reflecteren, waarbij wordt erkend dat een strikt optimalisatieperspectief de vorming van langetermijn industriële capaciteit kan onderwaarderen.

Beperkingen
De auteurs merken op dat er beperkingen zijn, waaronder de uitsluiting van kosten voor haveninfrastructuur, interregionale transportkosten voor derivaten en de productie van downstream ammoniakproducten (bijv. ureum). Het model abstraheert ook van sub-uurlijk flexibiliteit, gedetailleerde locatiebeperkingen en stochastische onzekerheden met betrekking tot toekomstige marktpotentieel. Bovendien voert de studie geen diepgaande impactbeoordeling uit van de sociaaleconomische uitdagingen die gepaard gaan met het verplaatsen van industriële capaciteiten naar afgelegen, rijk aan hernieuwbare energie gelegen gebieden.