Afgelopen woensdag was er op Connectr - Energy innovation een partnerbijeenkomst van het project H2Modus. Met de aanwezige partnerbedrijven is kennis uitgewisseld en inhoudelijk bijgepraat. Naast een update rondom het project van projectleider Hans Meerman, gaf Hogeschool Saxion afstudeerder Chris Ogink een presentatie over "Veiligheidsbeleid voor waterstof werkplaatsen" Ook heeft Saskia Eijkelhof MSc, BA een presentatie gegeven namens het partnerbedrijf EnginX. H2Modus is een project waarin vele samenwerkingen tot stand zijn gekomen. Zo ondersteunt het SPRONG project Decentrale Waterstof, waarin een nauwe samenwerking is tussen Hogeschool Saxion en Lectoraat Balanced Energy Systems van HAN University of Applied Sciences, het H2Modus project op verschillende vlakken.
LINK
Omdat netcongestie en gelijktijdigheid van het energiesysteem steeds grotere uitdagingen worden naarmate de adoptie van zonne- en windenergie toeneemt, zien we in toenemende mate dat de duurzame energie opweksystemen niet tot hun volledige potentieel benut worden. Dat geldt voor wind- en zonneparken op elke schaal. Het is aantrekkelijk om deze ‘overtollige’ energie toch nog nuttig te gebruiken door het om te zetten in waterstof voor decentrale toepassingen. Tegelijk zien we dat de uitlevering van die waterstof in gasvorm problemen kent. De benodigde waterstof volumes zijn al snel heel groot wat zorgt voor complicaties op het gebied van veiligheid en vergunningen. Bij bestaande pilots treden problemen op omdat er (te) vaak nieuwe flessenbundels moeten worden gebracht om aan de vraag te voldoen. Bij opschaling zal dat zich vertalen naar een enorme capaciteit aan grote en zware gas cilinders, met de logistieke- en capaciteitsuitdagingen die daarmee gepaard gaan. Een oplossing daarvoor kan zijn om het waterstof in de vorm van methanol als drager te verplaatsen, gezien de energiedichtheid per volume van methanol ruim een factor 3 hoger is dan die van waterstof zelf. Daardoor nemen zowel de volumes, als de prijs voor eindgebruiker, af. Momenteel is er echter geen groene methanol als waterstofdrager commercieel verkrijgbaar. In dit project ontwikkelen we het systeemontwerp voor de productieketen van (een teveel aan) zonne-energie tot aan opslag van methanol. We bouwen een lab opstelling waarmee we efficiëntie en opbrengsten van dit systeem kunnen bepalen en voeren een techno-economische haalbaarheidsstudie uit, geschaald naar de Nederlandse waterstofeconomie. Het doel is om het werkingsprincipe en de levensvatbaarheid van groene methanol uit overtollige pv energie, aan te tonen.
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.
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.
