Electrolyser stack EL100 Hydron


• Pieken opvangen in de duurzame elektriciteitsproductie. Tot 2030 wordt met name een sterke groei verwacht van de toepassing van electrolyzers voor het opvangen van pieken in duurzame elektri- citeitsproductie. De afgelopen jaren zijn er een groot aantal veldtesten en demopro- ject uitgevoerd in o.a. Duitsland en Canada waarbij de PEM electrolyzers met vermo- gens van meerdere megawatts zijn toege- past. Daarbij wordt gekeken naar een groot aantal toepassingen van de waterstof. Toevoegen aan het aardgas, in de vorm van waterstof of eerst met CO2 omzetten naar methaan, bijvoorbeeld. De waterstof kan ook gebruikt worden in de industrie of als opslag medium. In dat laatste geval wordt de waterstof weer omgezet naar elektrici- teit als er veel vraag.


Voor beide markten is echter een forse da- ling van de investering nodig. Met name als de electrolyzer maar een deel van de tijd wordt benut, drukken de investeringskosten sterk op de kosten van de geproduceerde waterstof. Dit is het geval als de waterstof alleen wordt geproduceerd als er een over- schot aan (duurzame) elektriciteit is. Het belangrijkste doel van het Horizon2020 onderzoek- en ontwikkelingsprogramma op het gebied van electrolyzers in Europa is er dan ook op gericht om de kosten omlaag te brengen. In onderstaand tabel staan de doelstellingen die de FCH-JU heeft geformu- leerd om de technologie marktrijp te maken. Ambitie van het programma is om de elec- trolyzer vijf keer zo goedkoop te maken.


Behalve voor de kosten zijn in bovenstaande tabel ook doelstellingen geformuleerd voor efficiency en levensduur. Weliswaar wordt een levensduur van ver boven de 50.000 uur levensduur gehaald. Maar er is een belang- rijke wisselwerking tussen de kosten, ef- ficiency en de levensduur. De onderstaande figuur illustreert dat de optimalisatie van het ontwerp op één van de aspecten zijn weerslag heeft op de andere aspecten. Zo kan een hoge levensduur bereikt worden door gebruik te maken van zeer kostbare, corrosie-resistente materialen. Gebruik van goedkopere materialen leidt tot een kortere levensduur. Ook kan de efficiency eenvou- dig verhoogd worden door de electrolyzer te bedrijven bij een hogere temperatuur. Echter niet zonder dat dit ten koste gaat van de levensduur en kosten. Vanwege die com- plexe wisselwerking van kosten, efficiency en levensduur, heeft de FCH-JU voor de toekomstige electrolyzers op elk van deze aspecten doelen gesteld.


A - Een dikker membraan verbetert de levensduur maar geeft hogere verliezen en kost meer.


B - Bij een hogere bedrijfstem- peratuur stijgt de efficiency. Omdat de katalysator sneller achteruitgaat zijn de kosten hoger en de levensduur lager.


Bekend is dat een electrolyzer die wordt bedreven op constant vermogen een veel langere levensduur heeft dan één die sterk wisselende belasting ondergaat. Wat de relatie is tussen het type belasting en de levensduur is nog grotendeels onbekend. Recent is daarom onder de vlag van Shared Innovation Program VoltaChem het ELECTRE project opgestart dat deels door het TKI Sys- teemintegratie wordt gefinancierd. Daarin werken Hydron Energy, een startup op het gebied van electrolyzers, en onderzoeksin- stituut ECN samen om te na te gaan wat het effect is van de sterk wisselende belasting op de levensduur. In dit tweejarig project wordt onderzocht aan welke wisselende belasting de electrolyzer blootstaat als deze gebruikt wordt om duurzame elektriciteit om te zette in waterstof. En welke impact dit heeft op de prestaties van de electrolyzer. Het doel is electrolyzers te kunnen ontwerpen die beter in staat zijn een wisselend aanbod duurzame energie om te zetten in waterstof.


Electrolyzers die in staat zijn dit efficiënt, kosteneffectief en met een lange levensduur te doen, kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan het vergroten van het aandeel duurzaam in Nederland en Europa als geheel.


Shared Innovation Program VoltaChem: elektrificatie van de chemische industrie


C - Minder katalysator per cm2


verlaagt de


kosten, maar rendement en levensduur gaan achteruit.


De trade-offs bij het optimalisereren van een PEM elektrolyser


Tabel: Doelstellingen voor de ontwikkelingen van PEM electrolyzers voor het Europese Horizon2020 programma


Criterium Kosten Efficiency[1] Uitgedrukt als


M€ per geïnstalleerd vermogen (ton H2/d)


kWh elektriciteit/kg H2


State-of- the-art


8.0 57-60 Levensduur % efficiency afname/jaar 2 - 4 2017


3,7 55


2020


2.0 52


1,5 2023


1.5 50


@100 kg/d @500 kg/d @1000+ kg/d >@1000 kg/d 2


<1


[1] Omdat de efficiency schaalafhankelijk is, wordt de minimale capaciteit aangegeven waar de efficiency voor geldt


VoltaChem verbindt de chemische indus- trie met de energie- en cleantech-sector. ECN en TNO hebben op verzoek van de Topsector Chemie samen met industriële en academische partners het Shared Innovation Program VoltaChem opge- richt om samen de ontwikkeling van technologie en businessmodellen op het gebied van elektrificatie te initiëren en faciliteren. Het doel: innovatie versneld tot commerciële toepassing brengen. VoltaChem nodigt bedrijven uit de che- mische industrie, de energiesector en de cleantech-sector uit lid te worden van de VoltaChem Community om samen met stakeholders uit de gehele waardeketen businesskansen te verkennen en projec- ten uit te voeren die gebaseerd zijn op VoltaChem’s electrification roadmap. Het in dit artikel genoemde ELECTRE project is hier een voorbeeld van. Meer informa- tie is te vinden via www.voltachem.com.


35


Page 1  |  Page 2  |  Page 3  |  Page 4  |  Page 5  |  Page 6  |  Page 7  |  Page 8  |  Page 9  |  Page 10  |  Page 11  |  Page 12  |  Page 13  |  Page 14  |  Page 15  |  Page 16  |  Page 17  |  Page 18  |  Page 19  |  Page 20  |  Page 21  |  Page 22  |  Page 23  |  Page 24  |  Page 25  |  Page 26  |  Page 27  |  Page 28  |  Page 29  |  Page 30  |  Page 31  |  Page 32  |  Page 33  |  Page 34  |  Page 35  |  Page 36  |  Page 37  |  Page 38  |  Page 39  |  Page 40  |  Page 41  |  Page 42  |  Page 43  |  Page 44  |  Page 45  |  Page 46  |  Page 47  |  Page 48