Industrie profiteert van stijgende expertise alkaline elektrolyse

De energie-intensieve industrie kan profiteren van de stappen die Nederland maakt op het gebied van alkaline elektrolyse. Het is op dit moment de meest kostenefficiëntetechniek om duurzame energie om te zetten in groene waterstof, blijkt onder meer uit het brede onderzoek HyScaling naar het efficiënter en goedkoper produceren van groene waterstof. Maar er zijn veel wegen die naar Rome leiden: waterstof kan met elektrolyzers 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.

Door Joop van Vlerken

“Alkaline elektrolyse is de oudste en meest toegepaste vorm van elektrolyse”, zegt Thijs de Groot, universitair hoofddocent op het gebied van elektro chemische procestechnologie aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Ook Hessel Jongebreur, mede-oprichter van Zero Energy 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 basische omgeving, zegt 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.”

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 omelektrolyzers 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, ook onderdeel van het consortium. “We hebben bekeken of er kansen lagen voor het toepassen van goedkopere en beter toegankelijke materialen in elektrolyzers. 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.”

(Vermork waterkrachtcentrale in Noorwegen)


Honderd jaar oude techniek
Alkaline elektrolyse is kostenefficiënt, zegt Thijs de Groot. “De techniek werd honderd jaar geleden al toegepast in Noorse waterkrachtcentrales. Maar dat betekent niet dat het al helemaal uitontwikkeld is.” Volgens hem zijn er twee sleutelaspecten die de techniek nog kunnen verbeteren. “Het eerste aspect heeft te maken met flexibiliteit. Ik heb altijd geleerd dat je een elektrolyzer nooit uit moet zetten, dat zou er slecht voor zijn. Daarom is de uitdaging om elektrolyzers zo te ontwikkelen dat je ze wel aan en uit kunt zetten, zodat ze beter aansluiten bij het flexibele aanbod van duurzame energie.” Het tweede aspect is de omvang van alkaline elektrolyzers, vult hij aan. “Het zijn nogal grote dingen, soms wel tien meter lang en twee 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.”

(Elektrolyzer uit 1928 die electriciteit uit waterkracht omzet in waterstof)


Kleine elektrolyzers
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 elektrolyzers 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 elektrolyzer, 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 elektrolyzers gepland worden bij windparken, terwijl wij één elektrolyzer per 10 zonnepanelen plaatsen.”

Continue stroom van waterstof
Het maken van waterstof uit zonnestroom is gunstiger in zuidelijke landen, omdat de zon daarvaker 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. 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 tien tot twintig jaar uit ziet.”

(Elektrolyzer van AkzoNobel)


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 vijf grote industriële clusters in Nederland en kijkt naar ondergrondse opslag. Shell bouwt momenteel aan de eerste grote elektrolyzer 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 GW windenergie op zee produceren, krijgen we dat nooit allemaal het elektriciteitsnet op. 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.

Derde generatie elektrolyzers
Hoewel grote elektrolyzers 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 elektrolyzers, 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 tweede generatie aan alkaline elektrolyzers neergezet, de eerste generatie werd honderd jaar geleden gebouwd. Binnen HyScaling werken we ook aan een derde generatie, maar dat duurt zeker nog wel vijf tot tien jaar.”

(proefopstelling elktrolyzer op de TU EIndhoven)


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 elektrolyzers 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.”

MOOI-programma
Bedrijven in de industrie die industriële productieprocessen en producten duurzamer maken, kunnen daarvoor subsidie van de overheid krijgen. Dit kan via het programma MOOI (Missiegedreven Onderzoek, Ontwikkeling en Innovatie), uitgevoerd door Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO). Belangrijk is dat bedrijven dit doen in een samenwerkingsverband van minimaal 3 ondernemingen. Kijk hier voor meer info: www.rvo.nl/mooi