Doe-het-zelf waterstof

Chemie Magazine zocht professor Fausto Gallucci, hoogleraar Anorganische membranen en membraanreactoren aan de TU Eindhoven, op om meer te weten te komen over de kleinschalige waterstofproductie-units.

Tekst: Leendert van der Ent

Eind volgend jaar lanceert H2site kleinschalige waterstofproductie-units. Productie ter plaatse is volgens het bedrijf 30 tot 40 procent goedkoper dan flessengas. Eerst richt H2site zijn vizier op kleinere industriële verbruikers. Uiteindelijk mikt de onderneming met de Nederlands-Spaanse technologie op lokale waterstofproductie voor tankstations.

"Kleinere industriële waterstofververbruikers betalen nu grotendeels voor de flessen, de compressie van het gas en het transport. De waterstof zelf maakt maar een klein deel van de kosten uit”, zegt professor Fausto Gallucci, hoogleraar Anorganische membranen en membraanreactoren aan de TU Eindhoven. Die conclusie bood 10 jaar geleden al perspectief voor de ontwikkeling van kleinschalige waterstofproductie-units. En de gepatenteerde technologie brengen de TU/e en Tecnalia – zeg maar het Spaanse TNO – nu via de spin-out H2site naar de markt. 

Geïntegreerd

“De kunst bij de ontwikkeling was om een Steam Methane Reformer (SMR) te ontwerpen waarin de reactie en de scheiding in één reactor geïntegreerd konden worden”, vertelt Gallucci. “Dat kan als je de reactie bij een lagere temperatuur kunt laten plaatsvinden dan bij de conventionele conversie van methaan naar waterstof. Een lagere temperatuur betekent een lager energieverbruik, het eenvoudiger afscheiden van de waterstof en dus lagere operationele kosten.”

Een membraanmodule (de buisjes zijn membranen).

Het meest kritische aspect van de geïntegreerde waterstofreactor zijn de membranen. Gallucci: “Membranen raken snel beschadigd, zeker in de uitdagende omstandigheden van onze reactor. En die membranen moeten niet een paar uur, maar vele duizenden uren stabiel kunnen blijven in productie-omstandigheden. Juist bij de ontwikkeling daarvan vullen de kennisgebieden van de TU/e en die van Tecnalia in San Sebastian elkaar naadloos aan. Wij zijn sterk op het gebied van reactoren en Tecnalia weet alles van materialen en membranen. De synergie in de samenwerking is eigenlijk een nog sterker punt van H2site dan de patenten die we hebben. De sterke samenwerking maakt namelijk verdere toekomstige verbeteringen waarschijnlijk.”
 

Mogelijke klanten zijn de chemie, de glas- en de staalindustrie"
 

Lage temperatuur

De conversie bij lage temperatuur is waar de TU/e en Tecnalia het laatste decennium met succes aan hebben gewerkt. In 2019 werd de A-SMR-technologie ondergebracht in het bedrijf H2site. Dat heeft nu een productielocatie in de buurt van Bilbao, in de Spaanse waterstofregio. In maart van dit jaar werd een belangrijke stap gezet door de Franse energiereus Engie als derde grootaandeelhouder binnen te halen.

Ongeveer op dit moment gaan de eerste A-SMR-productie-units naar launching customers voor operationele testen. De installaties bevatten veel technologie en onderdelen van Nederlandse bedrijven. Gallucci: “De efficiëntie van de technologie hebben we zelf inmiddels overtuigend aangetoond. Nu moeten we de betrouwbaarheid bij operationeel gebruik nog aantonen en dat gaan we in die langetermijntests doen.” Eind 2021 komen dan de eerste commerciële productie-units op de markt.

Industrie en transport

Zeer grote productie-installaties zijn complex. Het uitinstalleren van zo'n installatie loont, omdat de kosten daarvan per eenheid product laag blijven. De waterstofproductie zelf kost dan weinig, maar het comprimeren en transporteren in flessen des te meer.

Fausto Gallucci: "De efficiëntie van de technologie hebben we zelf inmiddels overtuigend aangetoond." Foto: Bart van Overbeeke

H2site biedt dan ook een alternatief voor kleinere industriële afnemers van waterstof. Volgens Gallucci kunnen zij met on-site productie van waterstof in een veertigvoets zeecontainer 30 tot 40 procent goedkoper uit zijn dan met flessengas. Ook in het totale energieverbruik steekt de decentrale kleinschalige productie gunstig af tegen de huidige situatie. “We denken met kleine systemen van rond de 100 kilo per dag eerst en vooral aan industriële toepassingen. Mogelijke klanten zijn de chemie, de glas- en de staalindustrie.”

Voor de volgende stap denkt H2site aan een markt die op termijn veel groter zal zijn: die van waterstof voor transporttoepassingen. De overstap naar met name goederenvervoer over de weg op waterstof is in een stroomversnelling gekomen, bijvoorbeeld dankzij de opening van de HYZON-fabriek in Groningen, waar over enkele jaren duizenden waterstoftrucks van de band zullen rollen. “We zien die markt nu echt in beweging komen in Europa. Om klaar te zijn voor die markt is het belangrijk om een grote partij als Engie aan boord te hebben. Zo'n bedrijf heeft veel expertise op het gebied van low impact hydrogen in huis en kan veel deuren voor ons openen.”

Hoe groot is kleinschalige productie?

De kleine waterstofproductie-installaties komen er in verschillende varianten. De allerkleinste units produceren 2 kubieke meter waterstof per uur, oftewel 4 kilo per etmaal. De meest verkochte units zullen eerder 5 m3/h (10 kg/dag), 20 m3/h (40 kg/dag) of 50 m3/h (100 kg/dag) produceren. Aan de bovenkant van het spectrum komen installaties die 100 m3/h (200 kg/dag) en 300 m3/h (600 kg/dag) opleveren. Die grotere installaties zijn groot genoeg om in de afname van waterstof in tankstations te kunnen voorzien.