Groene waterstofproductie begint van de grond te komen
verslag eccm-congres
De afgelopen zes jaar zijn er tal van plannen gemaakt voor het ontwikkelen van de productie van groene waterstof in Nederland. De overheid stelt nu honderden miljoenen beschikbaar voor het uitvoeren van deze plannen voor onderzoek, demonstratieprojecten, fabrieken en opleidingen. Op het ECCM-congres van 24 juni in Den Haag gaven diverse sprekers aan meer dan 250 deelnemers een breed overzicht van wat er speelt.
In 2016 kwam de Adviescommissie voor Elektrochemische Conversie en Materialen (ECCM) voor het eerst met een advies over hoe de industrie met hernieuwbare energie, groene waterstof en elektrochemie CO2-neutraal gemaakt zou kunnen worden. Op 29 juni jongstleden, zes jaar later, nam minister Rob Jetten voor Klimaat en Energie de ECCM Nationale Agenda in ontvangst. “We zijn nu volop bezig alle onderzoek- en innovatieprogramma’s op gebied van groene waterstof en elektrochemie te coördineren en stimuleren zo ook een intersectorale aanpak, waarbij iedereen snel van elkaar kan leren”, zei Richard van der Sanden, voorzitter van deze commissie bij de opening van het ECCM-congres.
Begin dit jaar is er een vliegende start gemaakt met de uitvoering van het investeringsprogramma GroenvermogenNL voor het faciliteren van demonstratie- en opschalingsprojecten voor groene waterstof, waarvoor de regering vanuit het Nationaal Groeifonds tot 2028 in totaal 838 miljoen euro beschikbaar stelt. Hiervan is dit jaar 30 miljoen euro beschikbaar voor demonstratieprojecten en volgend jaar 70 miljoen euro. Ook is er een subsidieregeling in de maak voor grootschalige elektrolysers, die in 2023 in zal gaan.
Tata Steel
Dat de industrie groene waterstof serieus oppakt, blijkt onder andere uit de plannen van Tata Steel in IJmuiden om groene waterstof te gaan gebruiken voor het reduceren van ijzererts tot staal met het zogenoemde DRI-proces, waarbij DRI staat voor direct reduction iron. Dit zal helpen om met de jaarlijkse CO2-uitstoot in 2030 minimaal 30 procent lager uit te komen. Voor het DRI-proces is in eerste instantie minstens 100 kiloton waterstof per jaar nodig, waarvan de helft afkomstig zal zijn van een nog te bouwen elektrolyser van 100 megawatt op het eigen terrein in IJmuiden. Het gaat om het zogeheten H2ermes-project. De rest van de groene waterstof zal Tata Steel inkopen in Nederland en daarbuiten.
Volgens Annemarie Manger, director sustainability van Tata Steel Nederland, maakt het bedrijf na de zomer een keuze uit de beschikbare DRI-technologieën, waarna de engineering fase start en enkele jaren later de bouw. De oplevering is voorzien in 2029. Het groene staal zal wel duurder zijn dan klassiek staal, maar ze verwacht dat het groene staal gretig aftrek zal vinden, omdat fabrikanten van verpakkingen en auto’s hiermee hun CO2-voetafdruk fors kunnen en willen verminderen.
Kosten dalen flink bij opschaling
Thijs de Groot, technology developer bij HyCC, een joint venture van chemiebedrijf Nobian en de Green Investment Group van Macquarie uit Australië, verwacht dat de kosten van waterstof bij het opschalen van waterstoffabrieken flink zullen dalen vanwege de grote-schaal-voordelen en door de innovatie en automatisering bij de leveranciers van onderdelen voor elektrolysers.
Lees ook dit interview met Thijs de Groot: "HyCC wil groot worden in groene waterstofproductie"
Membraanloze elektrolyse
Intussen werken onderzoekers aan de universiteiten aan het verbeteren van de technologie voor watersplitsing. Op de Technische Universiteit Delft bijvoorbeeld experimenteert Willem Haverkort met membraanloze alkaline elektrolyse. Een probleem bij traditionele alkalische watersplitsing is, dat de membranen opgeloste waterstof en zuurstof doorlaten. Ook beperkt het membraan de stroomdichtheid.
Verder neemt de weerstand tussen de elektroden toe als ze verder uit elkaar staan. Maar als ze steeds dichter bij het membraan staan, neemt de weerstand gek genoeg weer toe. Volgens Haverkort komt dit, doordat de gasbellen die aan de elektroden ontstaan dan niet meer gemakkelijk kunnen ontwijken en plaatsen aan het elektrode-oppervlak bezet houden. Een oplossing bieden poreuze elektroden van nikkel, waartussen elektrolyt binnenstroomt en via de elektroden naar buiten stroomt. De belletjes waterstof en zuurstof die aan de respectievelijke elektroden ontstaan worden meteen verschillende kanten op gevoerd. Resultaat is een lagere ohmse weerstand die hogere productie mogelijk maakt.
Elektrochemische productie van ureum
Marta Costa Figueiredo van de Technische Universiteit Eindhoven ging in op de uitdaging om met behulp van groene stroom en elektrolyse amideverbindingen te maken, zoals ureum. Dat kan met CO2 als koolstofbron en een stikstofbron. Elektroreductie van N2 is echter lastig en verkeert nog in een pril stadium. Nitraten en nitrieten uit bijvoorbeeld afvalwater of dierlijke mest bieden op de korte termijn een alternatief. Ureum kan dan met behulp van een koper-rhodium-elektrode in één keer gemaakt worden, waarbij CO2 wordt omgezet in koolmonoxide, nitraationen in het amino-radicaal (NH2), en de koolmonoxide en het amino-radicaal reageren tot ureum.
Dashboard
Met de opkomst van elektrochemie ontstaat er ook behoefte om installaties met elektrolysers op te nemen in een industrial internet of things, waarop andere installaties en apparaten in een fabriek al zijn aangesloten. Marilia Pupo, sustainability advisor van de wereldwijd opererende technologieleverancier Cognizant, presenteerde op het congres de Digital EC, de jongste ontwikkeling op dit gebied. Het gaat om een prototype voor industriële automatisering van elektrochemische installaties. Via een uniform dashboard zijn analyse-apparaten en meetinstrumenten te volgen en te bedienen. De zogenoemde Digital EC biedt ook de mogelijkheid om grenswaarden in te stellen, waarschuwingen uit te sturen bij afwijkingen en eventueel het systeem automatisch uit te schakelen bij een processtoring. Volgens Pupo zullen de mogelijkheden verder toenemen als de Digital EC in de toekomst wordt uitgebreid met machine learning en kunstmatige intelligentie. Dit zal een continue optimalisatie van het proces mogelijk maken en de betrouwbaarheid ervan verhogen met minimale menselijke tussenkomst.
Gepaarde elektrosynthese
Elektroden, membranen en het ontwerp van een reactor bepalen onder meer de efficiëntie van een elektrochemisch proces. Maar de efficiëntie kan ook verhoogd worden door gepaarde elektrosynthese. Elena Pérez Gallent van de afdeling Voltachem van TNO legde uit, dat hierbij aan beide zijden van de elektrochemische reactor waardevolle producten worden geproduceerd, wat energie bespaart en zo een veel betere business case oplevert.
Voorbeelden zijn omzettingen van biomassa aan beide kanten of de omzetting van biomassa aan de ene kant en van CO2 in bijvoorbeeld mierenzuur aan de andere kant. Samen met DSM kijkt Voltachem of het mogelijk is om onder meer mierenzuur vervolgens in een fermentor om te zetten in andere chemicaliën.
Paets van Troostwijk
Tot slot sprak Marc Koper, hoogleraar katalyse en oppervlaktechemie, over nieuwe wetenschappelijke inzichten in wat er bij elektrolyse aan de elektroden op nanoschaal gebeurt onder verschillende omstandigheden.
Hij wees er nog op, dat zakenman Adriaan Paets van Troostwijk en fysicus Johan Rudolph Deiman in 1789 als eersten in de wereld water splitsten met behulp van een elektriseermachine en dat elektrolyse dus een Nederlandse vinding is.
foto's: Robbie ’t Jong (Online Beeldvorming)
