Is verbetering van de energie-efficiency van installaties in de bestaande woningbouw mogelijk? Verkennend onderzoek van Saxion laat zien dat met de beschikbare technologieën al forse verbeteringen mogelijk zijn. Nieuwe ontwikkelingen, zoals brandstofcel, maken verdere verbetering in de toekomst mogelijk.
MULTIFILE
Elk jaar organiseert de HBO-I stichting, het samenwerkingsverband van hbo ict-opleidingen in Nederland, een conferentie voor haar leden. Tijdens deze conferenties staan strategisch beleid, deskundigheidsbevordering en samenwerking centraal. Sinds 2005 is de internationale oriëntatie als strategisch aspect benadrukt. De blik tien jaar vooruit om de curricula niet op hypes, maar op trends te sturen. In 2005 werd Silicon Valley bezocht en in 2006 ging het HBO-I naar de CeBit in Hannover. Dit jaar zochten we de ict-wijsheid in het verre oosten. Hoe ontwikkelt ict zich in Azië? Dat was de reden voor het HBO-I om een studiereis te maken naar Japan. In Tokyo tref je alle grote ict-bedrijven en drie van de beste Japanse universiteiten. Geen betere periode om Tokyo te bezoeken dan de week van de kersenbloesem. Een verslag van een indrukwekkende HBO-I studiereis naar Japan.
DOCUMENT
De klimaatdoelstelling van de nederlandse overheid is om in 2020 de co2 uitstoot met 30 te reduceren ten opzichte van 1990. Diverse scenario’s gaan uit van een reductie van de co2 met 50% in 2050 [o.a. Uyterlinde 2007]. Voor 2020 wil men de doelstelling bereiken door inzet van 20% duurzame energie en een aanzienlijke efficiencyverbetering in het energiegebruik. Maar als we in 2050 de co2 emissie met 50% verminderd willen hebben, zullen ook andere maatregelen moeten worden genomen. Hierbij wordt onder andere gedacht aan afvang van co2 bij de industrie en elektriciteitsopwekking, en ondergrondse opslag van het afgevangen co2. Ook het wegtransport zal veel efficiënter moeten gaan plaatsvinden. Een belangrijk middel hierbij is om auto’s te laten rijden op een waterstof aangedreven brandstofcel. Alhoewel waterstof zelf geen duurzame brandstof is, kan het wel duurzaam geproduceerd worden met windenergie of uit fossiele energie met afvang van co2. Tot nu toe is er weinig aandacht geweest voor de veiligheidsaspecten van de energietransitiemaatregelen. Als het co2 tijdens het transport van de afvanglocatie naar de ondergrondse opslag door een ongeval vrij zou komen, kan dit gevolgen hebben voor de gezondheid van mensen die in de nabijheid van de transportroute wonen of werken. Het tanken en het vervoeren van het zeer brandbare waterstof (bij een druk van 700 bar), zal zodanig moeten plaatsvinden dat de bestuurder en passagiers even veilig kunnen rijden als in een auto met conventionele brandstoffen.
MULTIFILE
Het Our Common Future (OCF) 2.0 project probeert de maatschappij een spiegel voor te houden en te wijzen op bedreigingen, maar ook op de grote kansen die er liggen om een duurzame maatschappij te ontwikkelen. In negentien deelonderwerpen zijn specialisten uit het hele land een maand of vier aan de slag geweest om dit duurzame toekomstbeeld te schetsen en een stappenplan te ontwikkelen om er ook daadwerkelijk te komen. Onderstaand stuk beschrijft één van deze deelonderwerpen. Het is geschreven door dertien specialisten op het gebied van toerisme. Het beschrijft de huidige ontwikkelingen in het toerisme, de bedreigingen, maar vooral de kansen die de Nederlandse toeristische sector heeft om in 2035 te komen tot 100% duurzaam toerisme vanuit en naar Nederland.
DOCUMENT
In zijn openbare les “Nieuwe energie in de stad; stip op de horizon laat Ivo Opstelten niet alleen zien dat een transitie naar energieneutrale gebouwde omgeving wenselijk en realiseerbaar is voor het midden van deze eeuw, maar dat deze transitie in feite al begonnen is. Naar analogie met de geslaagde aardgastransitie in Nederland van de jaren zestig, gaat hij in op drie aspecten die de energietransitie tot een succes maken. 1.motivatie van gebruikers om zelf in actie te komen; 2.ontwikkeling van marktrijpe gebouw- en gebiedsconcepten voor de energieneutrale gebouwde omgeving; 3.het vraagstuk van opschaling.
DOCUMENT
Kunstmest voor de velden en brandstof voor landbouwvoertuigen zijn belangrijke kostenposten voor de landbouw. Kunstmest en dieselbrandstof zijn energie-intensieve producten en daarmee ook een belangrijke bron van CO2 emissies vanuit de landbouw. Technologie voor hernieuwbare energie zoals zonne- en wind energie wordt steeds goedkoper waardoor het rendabeler wordt deze technologie ook te gebruiken. Terug leveren van geproduceerde hernieuwbare elektriciteit aan het elektriciteitsnet is echter niet altijd voordelig. De hernieuwbare energie moet hier concurreren met gesubsidieerde fossiele elektriciteit opgewekt met kolen, gas en kerncentrales. Kleinschalige decentrale productie op het boerenbedrijf van zowel kunstmest als transportbrandstof met behulp van hernieuwbare energie levert de boer en zijn omgeving direct voordeel op:Inkoopkosten voor deze producten worden lagerVermindert de CO2-emissie van de landbouw aanzienlijk, de carbo-footprint wordt verminderdRendement op hernieuwbare energie technologie wordt hogerAmmoniak (NH3) is zowel grondstof voor kunstmest als brandstof voor motoren. Ammoniak kan diesel voor meer dan 90% vervangen in bestaande dieselmotoren. Daarmee is ammoniak een uitstekende vervanger voor diesel in het landbouw en wegverkeer. Ammoniak is ook grondstof voor waterstof (H2) in waterstofmotoren. De technologie om ammoniak te maken is gebaseerd op het Haber-Bosch proces uit het begin van de vorige eeuw. Deze technologie vraagt veel energie voor het creëren van de hoge druk en de hoge temperaturen. Daarom is het voordelig het Haber-Bosch proces in grote installaties uit te voeren.Nieuwe brandstofcel-technologie maakt het mogelijk het Haber-Bosch proces (elektro-katalytisch) op kleine schaal uit te voeren. Het Kiemkracht concept Greenfertilizer onderzoekt de mogelijkheden van deze technologie voor ammoniak productie en benutting op het eigen boerenbedrijf.Het onderzoek is uitgevoerd door TU-Delft en Hanzehogeschool. Het doel was een opgeschaald ammonia elektrolyse synthese proces te ontwikkelen waar een eerste schaal-sprong gemaakt zou worden.Het elektrochemisch ammonia synthese proces is gebaseerd op zuurstofgeleidende elektroden, (proces figuur3. zie onder). Het voordeel van deze zuurstofgeleidende electroden boven proton geleidende electroden is dat er met omgevingslucht gewerkt kan worden in plaats van met stoom. Stoom maakt technologische ontwikkeling van het proces gecompliceerder. Experimenteel en theoretisch onderzoek van TU-Delft laat zien dat met deze elektroden ammonia te produceren is. TU-Delft heeft met zuurstof geleidende electroden ammonia productiesnelheden behaald van 1,84x 10-10 mol s-1 cm-2 bij 650oC. Deze snelheden zijn een factor 100-1000 hoger dan tot nu toe gerapporteerd in literatuur (Kyriakou et al 2017). Simulatie-studies van TU-Delft laten zien dat het ammonia synthese proces met een factor 100-1000 versneld kan worden door het proces onder druk te brengen bij een temperatuur van 400-500C. Op basis van deze simulaties is een ontwerp gemaakt en uitgevoerd voor een “hoge-druk electrolyse reactor”. Technische complicaties met deze hoge druk elektrolyse reactor maakte het onmogelijk betrouwbare resultaten te verkrijgen. Met name gas lekkages bij hoge temperaturen maakten het onmogelijk ammonia massabalansen op te stellen. Bovendien was ammonia productie niet aan te tonen. Hiermee zijn de simulatie voorspellingen niet bevestigd en blijft het onduidelijk of de onderliggende hypothesen correct zijn. De Hanzehogeschool heeft onderzoek uitgevoerd naar het concentreren van ammonia voor toepassing als vloeibare kunstmest. Uitgangspunt hierbij waren de ammonia productieniveau van de experimentele opzet en de voorspelde gesimuleerde opzet. Met de juiste technologie is het mogelijk de ammonia te concentreren voor verdere verwerking als kunstmest. Echter dit proces is economisch rendabel bij een ammonia concentratie in de uitstroom van de elektrolyse reactor die een factor 1000 hoger is dan tot nu toe is gemeten. Het feit dat de TU-Delft er niet in is geslaagd een kleine schaalsprong (factor 10) te maken met de drukreactor betekent dat commerciële toepassing van dit proces voorlopig nog niet aan de orde is. Achteraf gezien was het wellicht beter geweest de keuze te maken voor de proton geleidende electroden die bij lagere temperaturen werkzaam zijn, hier is een schaalsprong van een factor 100 ten opzichte van de recent gerapporteerde ammonia synthese snelheden. Een recente review door Kyriakou et al 2017 geeft als aanbeveling onderzoek te verrichten naar verbeterde elektrodematerialen en geleidende elektrolyten in de reactorcellen. Uiteindelijk zal het elektrochemisch ammonia synthese proces er komen vanwege de vele voordelen die het beidt. Processen moeten met een factor 100-1000 verbeterd worden eer het proces economisch rendabel is. Op dit moment is het nog niet te voospellen wanneer dit moment er is.
DOCUMENT
Het FC Condensaat-project onderzoekt de samenstelling van condensaat dat vrijkomt bij de productie van elektriciteit met brandstofcellen uit waterstof. Hergebruik van deze zuivere waterstroom in elektrolyse-installaties voor de productie van waterstof kan 10-15 mln m³/j drinkwater besparen in Nederland. Dit heeft een waarde van € 50-75 mln/j en vertegenwoordigt een energiebesparing van 15-25 TWh/j voor drinkwaterproductie. Er zijn geen systematische gegevens over de samenstelling van dergelijk condensaat bekend. Chemische analyse van condensaat kan enerzijds over de aanwezigheid van bepaalde onzuiverheden uitsluitsel geven en anderzijds een indicatie geven over de oorsprong daarvan. Bovendien vormt dit een basis voor een eventuele polishing-methode om te voldoen aan de specificaties voor elektrolyse voedingswater. In dit project wordt condensaat geanalyseerd op anorganische zouten en een aantal mogelijke organische verbindingen, bepaald door de materialen in de brandstofcel. Daartoe wordt in een laboratoriumopstelling met een kleine brandstofcel onder verschillende omstandigheden condensaat geproduceerd, kwantitatief chemisch geanalyseerd en vergeleken met de samenstelling van condensaat uit een kleine commerciële brandstofcelinstallatie. Aan de hand hiervan worden mogelijke polishing-methoden benoemd en getest met een specifiek oog op hergebruik van dit condensaat als elektrolyse voedingswater. Ook wordt de hoeveelheid winbaar condensaat gekwantificeerd met een rekenkundig model. Vervolgens wordt een waarschijnlijke correlatie gelegd tussen de samenstelling van het condensaat en de materialen van de brandstofcel. Uiteindelijk kan dit aanleiding geven tot veranderingen in het proces of in de apparaten afgezet tegen de polishing-methoden.
Waterstof is een belangrijke energiedrager in de energietransitie naar een duurzaam klimaat, echter voor mobiliteitstoepassingen is de lage energiedichtheid niet ideaal. De opslag van waterstof in een metaalhydride biedt superieure opslagvoordelen. Een veelbelovende kandidaat is natriumboorhydride (NaBH4) dat voordelen heeft ten opzichte van andere opslagmedia. De volumetrische energiedichtheid is hoog en in vaste vorm vergelijkbaar met diesel, het poeder kan veilig behandeld en getransporteerd worden en het is niet giftig. NaBH4 wordt hierdoor beschouwd als een zeer geschikte waterstofdrager, doch de substantiele regeneratiekosten beperken de grootschalige toepassing ervan. Dat is de aanleiding van deze KIEM GoChem aanvraag. H2Fuel-Systems B.V. heeft een techniek ontwikkeld heeft voor de productie, opslag en vrijgave van waterstof. Het principe bestaat uit het “uitpakken” van waterstof uit natriumboorhydride wat daarna in zuivere vorm direct via een brandstofcel kan worden omgezet naar elektriciteit. In dit KIEM GoChem project zal de UvA in samenwerking met H2Fuel-Systems B.V. een schaalbare, efficiente technologie ontwikkelen om, na afgifte van de waterstof, de reststoffen te kunnen regenereren en daarmee NaBH4 als eerste aantrekkelijke, hernieuwbare en circulaire waterstofdrager in de markt te kunnen zetten. Vergeleken met eerdere studies vermijdt onze benadering dure reductiemiddelen, zoals MgH2, omzeilt het de energie-intensieve dehydratatiestap om water te verwijderen en is H2 gas onder hoge druk niet vereist. Zo kan de kringloop van NaBH4-regeneratie en hydrolyse gesloten worden door slechts het gebruik van zuiver water en magnesium.
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.
