ENOWATTS

Hoe kan waterstoftechnologie worden toegepast op Industriepark Kleefse Waard (IPKW) om lokaal geproduceerde elektriciteit uit wind en zon op te slaan in waterstof en in te zetten voor de bedrijven? Dit vraagstuk is in het project ENOWATTS aangepakt door de Lectoraten Duurzame Energie (nu onderdeel van het lectoraat Balanced Energy Systems) en Automotive Research van de HAN in samenwerking met 14 MKB’s, 6 grote bedrijven, 1 andere hogeschool, 1 technische universiteit, 2 overheidsinstanties, 1 publiek- private instelling en 1 stichting.

Essentieel voor dit vraagstuk zijn de energiestromen van IPKW met het daar geplande wind- en zonnepark. Dit is in kaart gebracht en er is gemodelleerd hoeveel van de elektrische overproductie benut zou kunnen worden door omzetten naar waterstof. Daarnaast is ook gekeken welke systemen en componenten hiervoor nodig zijn en wat er beschikbaar is op de markt. Op basis hiervan is gedurende het project een geschaald waterstof energieopslag systeem gebouwd op het HAN H2Lab, bestaande uit PEM elektrolyser met adsorptie droogsysteem en PEM brandstofcel, in één geïntegreerd systeem.

Tegelijkertijd zijn verschillende toepassingen van de opgeslagen waterstof onderzocht. Veelal mobiele toepassingen in de (zware) logistiek en transport, maar er is onder andere ook gekeken naar benutting van restwarmte, slimme ondersteuning van het elektriciteitsnet, elektriciteitsvoorziening in de bouw en verwarming van de Eusebiuskerk. Hierbij zijn verschillende prototypes gebouwd, zoals een Cargobike op waterstof en het testvoertuig Boyle.

Het geschaalde energieopslag systeem is ook opgebouwd als teststation voor onderzoek en uitgebreid met een gas analyse systeem om de zuiverheid van de geproduceerde waterstof te bepalen. Hiermee is gekeken naar performance en degradatie van de brandstofcel, en de repareerbaarheid na het oplopen van schade, en is een onderzoek gestart naar water en zuurstof oversteek naar de geproduceerde waterstof in PEM elektrolyse, wat wordt voortgezet in een TKI subsidieproject. Ook is er theoretisch onderzoek gedaan naar alkaline elektrolyse en is gestart met een TKI subsidieproject rond een nieuw ontwerp voor een kunststof alkaline elektrolyse stack.

Bij al deze ontwikkelingen zijn drie grote vragen: “Hoe haalbaar is het? Wat kost het? En hoeveel levert het op?” Veiligheid, wet- en regelgeving is hierbij een belangrijk onderwerp. Hierover is kennis en ervaring uitgewisseld. Hoewel soms erg lastig, staat dit de haalbaarheid zeker niet in de weg. Om op de financiële vragen antwoorden te vinden is een economisch waterstof investeringsselectiemodel ontwikkeld en zijn een groot aantal waterstof scenario’s voor IPKW onderzocht. Voor enkele veelbelovende scenario’s zijn businesscases uitgewerkt. Hieruit blijkt dat groene waterstofproductie voor het reeds bestaande tankstation bij voldoende groei van voertuigen op waterstof positief uitvalt. Ook bijmengen in het aardgasnet kan een positief resultaat opleveren. En met de huidige energiemarktontwikkelingen zou dit alweer een stuk positiever kunnen uitpakken.

De scenario’s zijn ook kritische beschouwd vanuit de vraag, “Wat draagt het nú bij aan CO2 emissie reductie?” Aangezien de elektriciteit op het net nog grotendeels grijs is, kun je elektriciteit uit zon en wind, wanneer mogelijk, het best direct aan het net leveren. Opslag in waterstof gaat gepaard met verliezen, dus ten opzichte van directe besparing van grijze stroom op het net, zorgt dit voor meer CO2 uitstoot. Koppeling met processen en brandstoffen in de industrie en het gebruik van variabele brandstof systemen, waarin waterstof een variërend aandeel vormt, leveren op de korte termijn waarschijnlijk meer CO2 besparing op. Op de langere termijn, echter, met een door zon en wind overbelast of elektriciteitsnet gaat dit niet meer op.

Hoe nu verder? Met de kennis, ervaring en testopstellingen uit ENOWATTS kunnen we in vervolgprojecten bijdragen aan het groeiende aantal waterstof gerelateerde vragen uit de praktijk. En om bij te dragen aan de grote vraag naar Human Capital in de waterstof techniek zijn binnen ENOWATTS de Themaroute Waterstoftechniek, practica, workshops, prototypes, een master module en de H2 Learning Community ontwikkeld. Daarbij is het HAN H2Lab uitgegroeid tot een bloeiende hybride leer-werkomgeving met vele bezoekers en evenementen. Maar vooral ook een plek waar waterstof echt leeft.

Als gevolg van de energietransitie wordt het steeds moeilijker om energieaanbod en -vraag op elkaar af te stemmen en ontstaan problemen op het elektriciteitsnet. Energieopslag biedt een oplossing: duurzame energie wordt opgeslagen op momenten dat er aanbod en weinig energievraag is en beschikbaar gesteld wanneer er weinig aanbod en veel vraag is. Lokale opslag biedt een kans om lokale uitval van het elektriciteitsnet te voorkomen en geeft meerwaarde aan duurzame energie. Opslag in waterstof is uitermate geschikt voor zowel toepassingen op MW-schaal (windparken), voor seizoensopslag en voor toepassingen waar distributie relevant is. De wens van bedrijventerreinen om te verduurzamen biedt een kans om gericht aan oplossingen voor lokale energieopslag in waterstof en bijbehorende toepassingen te werken.
In dit project werkt de HAN samen met MKB-bedrijven, Saxion, TU Delft, lokale overheden en een aantal overige partners aan het ontwikkelen en optimaliseren van een energieopslagsysteem gebaseerd op waterstof en bijbehorende waterstoftoepassingen op en voor bedrijventerrein IPKW in Arnhem. Beschikbare windenergie van in aanbouw zijnde turbines langs de Rijn bij IPKW vormen de aanleiding voor het ontwerpen, modelleren, construeren en testen van een (geschaald) energieopslagsysteem gebaseerd op de productie, en opslag van waterstof. Specifieke toepassingen op het industriepark worden geïnventariseerd, en waar mogelijk gerealiseerd en gemonitord, voor met name lokaal bedrijfstransport en elektriciteitslevering. Scenario’s voor ontwikkeling en toepassing van de technologie ontwikkeld en haalbaarheidsstudies uitgevoerd. Kennis en expertise worden ontwikkeld om het proces van optimale implementatie van waterstof voor energieopslag in een energieketen met specifieke toepassingen op een bedrijventerrein te ondersteunen.
Met dit project bouwen wij voort op de vele eerdere waterstofprojecten die bij de HAN zijn uitgevoerd en maken we gebruik van ons recent gerealiseerde shared facility HAN Waterstoflab op IPKW.