In de zomer van 2005 drongen Amerikaanse wetenschappers aan op de ontwikkeling van een nationale strategie op het terrein van materials science & engineering (MSE). De National Research Council (NRC) van de National Academy of Sciences (NAS) had kort aarvoor het rapport ’Globalization of Materials R&D: Time for a National Strategy’ uitgebracht. In dit rapport ging het om een antwoord op de vraag ‘Waar staan de VS in vergelijking met de rest van wereld?’, ofwel ‘Zijn de VS nog steeds leidend op de verschillende materiaalgebieden of nemen andere landen deze positie over?’ De snelle opkomst van het materialenonderzoek in landen, zoals China en het groeiend onderzoek in Europa vormen immers voor de VS een geduchtere concurrentie dan ooit. Volgens dit rapport is de positie in composieten en superlegeringen dan ook zodanig afgenomen dat Amerika nog nauwelijks de vruchten kan plukken van de elbelovende ontwikkelingen op dit terrein. Ook de positie op het gebied van katalysatoren is vrijwel geheel verdwenen. Vaak is de kennis nog wel aanwezig maar de kracht om die kennis commercieel te benutten ontbreekt. Bedrijven kunnen dan de academische kennis niet meer omzetten in een winstgevende toepassing. Hoewel het vakgebied materials science & engineering in de VS niet meer over de hele linie aan de top van de wereld staat, is de Amerikaanse positie op de meeste terreinen van de materiaalwetenschappen onbetwist. Recente hoogtepunten zijn ruimschoots voorhanden, zoals het maken van grafeen, de verschillende toepassingen van anokoolstofbuisjes, de ontdekking van metamaterialen en het nabootsen van verschijnselen uit de natuur zoals de hechting van de poten van de gekko aan de ondergrond. De National Science Foundation speelt een belangrijke bij de financiering en valorisatie van onderzoek. Verschillende programma’s, waaronder het Materials Science Research and Engineering Centers programma, spelen een grote rol in kennisoverdracht naar bedrijfsleven en maatschappij. Michiel Scheffer is, tijdens zijn vijf maanden verblijf, in de Verenigde Staten zelf op zoek gegaan naar de Amerikaanse positie en heeft met veel onderzoekers gesproken. Ook hij heeft ontdekt dat er nog vele hoogtepunten en sterkten in het Amerikaanse materialenonderzoek te vinden zijn, waarvan hij in deze bundel enthousiast en gedetailleerd verslag doet.
MULTIFILE
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.
Europa wil in 2050 volledig klimaatneutraal zijn, en zet in op waterstof als energiedrager die een hoofdrol zal spelen in die transitie. Nederlandse bedrijven die dieselaggregaten produceren zetten voor de volledige reductie van de CO2-emissie van hun producten nu voornamelijk in op het vervangen van fossiele door zogenaamde groene diesel. Recent zijn diverse studies verschenen die aantonen dat de ontwikkeling en inzet van waterstofmotoren, zeker voor toepassingen in wegtransport, zowel technisch als economisch zinvol is. Dergelijk productontwikkeling zou ook bij generatorsets een versnelling van de energietransitie mogelijk maken en bovendien kunnen functioneren als een brugtechnologie tot het ogenblik dat brandstofcellen voldoende goedkoop en duurzaam zijn geworden. Doel van dit project is om de economische en technische haalbaarheid van een dergelijke productontwikkeling in kaart te brengen. Bijzonder is daarbij dat het hierbij gaat om een retrofit van bestaande motoren die massaal geproduceerd worden voor automotive doeleinden. Omdat voorlopig gebruik zal worden gemaakt van componenten die ontwikkeld zijn voor de huidige aardgasmotoren voorziet het project ook in versneld duurproefonderzoek van deze componenten. In dit project wordt samengewerkt tussen Fontys Hogeschool Engineering, NPS Diesel B.V., H2Trac B.V., Prins Autogassystemen B.V. en TNO.
Overheden en bedrijven in binnen- en buitenland zien grote potentie in waterstof als energiedrager, omdat het geen schadelijke emissie oplevert bij productie uit duurzame energiebronnen en toepassing in elektrochemische processen. Ook het Nederlandse MKB is bezig met de ontwikkeling van producten (van vorkheftrucks tot stadsbussen en energieopslagtanks tot power plants) gebaseerd op de aantrekkelijke eigenschappen van waterstof. Er zijn echter vele zaken rondom de betreffende technologie die niet of onvoldoende bekend zijn bij het MKB. Middels een uitgebreide MKB-consultatie, waaronder een workshop, zijn deze bedrijfsvragen verzameld. Terugkomende vragen waren: Is het mogelijk om waterstof op grote schaal uit duurzame bronnen te produceren? Zijn brandstofcellen voldoende betrouwbaar? Kunnen de kosten van brandstofceltechnologie worden verlaagd? Hoe zit het met de veiligheid? Het HYDROVA-project gaat een aantal van deze vragen beantwoorden, waarbij we ons specifiek richten op de brandstofcelsystemen, daar waar de waterstof wordt omgezet in bruikbare energie. We kijken hierbij naar zowel mobiele als stationaire toepassingen, aangezien de principes voor deze systemen gelijk zijn, maar de systeemeisen sterk verschillen. Doel van dit project is om MKB praktijkvoorbeelden tot specifieke toepassingen te ontwikkelen en er zo toe bij te dragen dat de betrokken MKB’s hun producten doelgerichter en met minder onzekerheden kunnen ontwikkelen. De Faculteit Techniek van de HAN wil zo bestaande kennis en ervaring verder uitbreiden, toepassen in het onderwijs, en een steeds betere kennispartner op dit terrein te worden voor zowel het MKB als voor regionale en landelijke overheden. Er wordt vanuit een consortium van de o.a. de hogeschool, 12 MKB’s, de Gemeente Arnhem en de Nederlandse Waterstof en Brandstofcellen Associatie gewerkt aan het testen van brandstofcelsystemen, het ontwikkelen van nieuwe systemen, het vaststellen van systeemperformance onder verschillende operationele condities, het bepalen van de te verwachten levensduur, het vaststellen van economische haalbaarheid, en de te hanteren normen en standaarden.
