Hyscaling onderzoekt efficiëntere en goedkopere productie van groene waterstof. Alkaline elektrolyse is dus de meest kostenefficiënte techniek, maar er zijn veel wegen die naar Rome leiden: waterstof kan met elektrolysers in Nederland of in zuidelijke landen gemaakt worden. Daarnaast moet er aan andere voorwaarden voldaan worden om groene waterstof als volwaardig alternatief voor fossiele brandstoffen in te kunnen zetten.

Alkaline elektrolyse

“Alkaline elektrolyse is de oudste en meest toegepaste vorm van elektrolyse”, zegt Thijs de Groot (universitair hoofddocent op het gebied van elektrochemische procestechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e)).

Ook Hessel Jongebreur (mede-oprichter van Zero Emission Fuels (ZEF)) is enthousiast over alkaline elektrolyse. “Wij hebben voor alkaline elektrolyse gekozen, omdat het qua kosten op de korte termijn de meest interessante techniek is.”

Dat heeft ermee te maken dat alkalische elektrolyse plaats vindt in een specifieke omgeving. Thijs de Groot: “Als je kiest voor andere technieken zoals PEM (polymerelectrolyte membrane), dat in een zure omgeving plaatsvindt, heb je exotische materialen zoals platina en iridium nodig. Dat maakt het meteen duurder.”

Efficiënte en goedkope productie groene waterstof

ZEF en de TU/e namen deel aan het consortium voor het onderzoek HyScaling. Dit onderzoek – opgezet via het MOOI-programma van RVO - heeft tot doel om elektrolysers te maken die de productie van groene waterstof efficiënter en goedkoper maken.

Materiaalkeuze speelt daarbij een belangrijke rol, vertelt Arend de Groot (senior consultant bij TNO, dat ook onderdeel is van het consortium). “We hebben bekeken of er kansen lagen voor het toepassen van goedkopere en beter toegankelijke materialen in elektrolysers. Door de sterk corrosieve omgeving heb je vaak speciale materialen nodig. Maar daar proberen we nu alternatieven voor te vinden. Voor alkaline elektrolyse is dat bijvoorbeeld nikkel voor de elektrodes in plaats van meer zeldzame metalen.”

100 jaar oude techniek

Alkaline elektrolyse is kostenefficiënt, zegt Thijs de Groot. “De techniek werd 100 jaar geleden al toegepast in Noorse waterkrachtcentrales. Maar dat betekent niet dat het al helemaal uitontwikkeld is.”

Volgens hem zijn er 2 sleutelaspecten die de techniek nog kunnen verbeteren. “Het 1e aspect heeft te maken met flexibiliteit. Ik heb altijd geleerd dat je een elektrolyser nooit uit moet zetten, dat zou er slecht voor zijn. Daarom is de uitdaging om elektrolysers zo te ontwikkelen dat je ze wel aan en uit kunt zetten, zodat ze beter aansluiten bij het flexibele aanbod van duurzame energie.”

Het 2e aspect is de omvang van alkaline elektrolysers, vult hij aan. “Het zijn nogal grote dingen, soms wel 10 meter lang en 2 meter hoog. Bij andere technieken zijn ze soms een stuk kleiner, terwijl de hoeveelheid geproduceerde waterstof hetzelfde is. Dus de vraag is of we ze compacter kunnen maken.”

Kleine elektrolysers

Hesselbreur heeft zich met ZEF gericht op een nieuwe techniek die gebruik maakt van alkaline elektrolyse. “We ontwikkelen kleine units, die we bijvoorbeeld in zonneparken kunnen plaatsen om direct waterstof te maken van zonnestroom. We maken dan gebruik van heel veel kleine elektrolysers in plaats van één grote. Dat heeft als voordeel dat we er heel veel van gaan produceren waardoor we snel schaalvoordeel kunnen halen. En ook qua veiligheid is het beter, omdat we geen grote bulk waterstof maken.”

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de zonnestroom direct omgezet wordt in waterstof, zegt Jongebreur. “We hoeven dus niet eerst het net op, vervolgens weer het net af naar een elektrolyser, om daar de stroom om te zetten met alle omzettingsverliezen van dien. Zo snijd je in de kosten en kun je het maximale eruit halen. In Nederland zie je momenteel juist dat er veel grote elektrolysers gepland worden bij windparken, terwijl wij één elektrolyser per 10 zonnepanelen plaatsen.”

Continue stroom van waterstof

Het maken van waterstof uit zonnestroom is gunstiger in zuidelijke landen, omdat de zon daar vaker schijnt, zegt Jongebreur. “Als de waterstof geproduceerd is, kan die via een pijpleiding of per schip hierheen vervoerd worden. De vraag is natuurlijk of ons systeem uiteindelijk goedkoper zal zijn, inclusief het transport dan de in Nederland geproduceerde waterstof.”

Jongebreur: “Daarnaast kun je je ook afvragen of de fabrieken van bijvoorbeeld de staalindustrie zich niet zullen verplaatsen naar zuidelijke landen. Een bedrijf als Tata Steel moet een continue stroom van waterstof hebben. Dit soort bedrijven kijkt heel goed waar energie beschikbaar en betaalbaar is. Als je kijkt met de huidige kennis lijkt het misschien niet logisch, maar je weet niet hoe de wereld er over 10 tot 20 jaar uit ziet.”

Niet verhuizen

Arend de Groot kijkt er op een andere manier naar: “Wil de energie-intensieve industrie op grote schaal gebruikmaken van groene waterstof, dan heb je een behoorlijke infrastructuur nodig. Gasunie gaat waterstofleidingen aanleggen tussen 5 grote industriële clusters in Nederland en kijkt naar ondergrondse opslag. Shell bouwt momenteel aan de eerste grote elektrolyser van 200 MW, Holland Hydrogen One. Daarnaast hebben hier ook steeds vaker een overschot aan duurzame elektriciteit en zullen we dus ook lokaal waterstof produceren.”

“Als we straks 70 gigawatt (GW) windenergie op zee produceren, krijgen we dat nooit allemaal het elektriciteitsnet op”, zegt Arend de Groot. “Wel moet je kritisch kijken welke energie-intensieve processen je straks nog in Nederland hebt. Een andere optie voor bedrijven als Tata Steel is dat ze ijzererts omzetten in ijzer in Afrika, dat is een energie-intensieve stap. Vervolgens kunnen ze daar in IJmuiden hoogwaardig staal van te maken.” Hij verwacht dan ook niet dat hoogwaardige industrie snel zal kiezen voor verhuizing naar andere landen.

3e generatie elektrolysers

Hoewel grote elektrolysers natuurlijk zorgen voor veel productie, was het achteraf misschien slimmer geweest om minder snel naar dat soort grote demonstraties te gaan, zegt Arend de Groot. “De kosten van dit soort proefprojecten zijn hoger dan vooraf ingeschat. De waardeketens die je nodig hebt om snel op te schalen, bestaan nog niet. En omdat we nog niet heel veel ervaring hebben met de veiligheid van elektrolysers, moet je nu over-engineeren om de veiligheid te kunnen garanderen, terwijl dat misschien helemaal niet nodig is.”

Hij verwacht dat de kosten nog wel omlaag kunnen. “Maar dat gaat nog wel even duren. Nu wordt een 2e generatie aan alkaline elektrolysers neergezet, de 1e generatie werd 100 jaar geleden gebouwd. Binnen HyScaling werken we ook aan een 3e generatie, maar dat duurt zeker nog wel 5 tot 10 jaar.”

Beste producent en goedkoopste techniek

Grote energie-intensieve bedrijven kunnen volgens Thijs de Groot profiteren van nieuwe ontwikkelingen op het gebied van waterstof. “Zij veroorzaken een significant deel van de CO2-uitstoot in Nederland en zijn dus op zoek naar alternatieven voor de fossiele brandstoffen die ze nu gebruiken. Groene waterstof is daarvoor een van de grote kanshebbers en daarom is het belangrijk dat we dat zo goedkoop mogelijk kunnen produceren. Het is nu nog heel duur, maar als je kijkt welke techniek het meeste besparingspotentieel heeft, dan is dat alkaline elektrolyse.”

Nederlandse bedrijven zien dus wel brood in de alkaline elektrolyse. Thijs de Groot: “Onder meer VDL en ook ZEF willen elektrolysers gaan bouwen die zich richten op deze techniek. En er zijn ook andere bedrijven die er iets mee willen. Op den duur komt er natuurlijk een shake-out en blijft de beste producent en de goedkoopste techniek over.”

Bron

• Industrie profiteert van stijgende expertise alkaline elektrolyse (alurvs.nl)

Meer informatie

• Ga voor meer informatie naar onze themapagina over de industrie
• Benieuwd hoe je steun kan krijgen voor jouw waterstofproject? Bekijk ons overzicht van subsidiemogelijkheden voor waterstof