HyGear en HAN onderzoeken waterstofzuivering

Wie over het Industriepark Kleefse Waard (IPKW) in Arnhem loopt, kan het bijna niet missen: een groot oppervlakte bedekt met witte containers die een zoemend geluid maken. Hierin zitten technische opstellingen van HyGear, een leverancier van gassen en gas-gerelateerde apparatuur. Een van de containers herbergt een technologie die het bedrijf steeds vaker zal inzetten: een elektrolyser. Hiermee kunnen klanten van het bedrijf elektriciteit omzetten in waterstof.

Op hetzelfde terrein, in het HAN H2 Lab, is nog een elektrolyse-systeem te vinden. Maar dan op kleine schaal. Hiermee doen medewerkers en studenten van de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (HAN) onderzoek naar een vraagstuk dat hun buurman HyGear bezighoudt: hoe produceer je waterstof die nóg zuiverder is dan de huidige norm voorschrijft? En hoe doe je dat zonder dat de kosten de pan uitrijzen? Deze vragen staan aan de basis van een samenwerkingsproject van TKI Nieuw Gas.

Groene waterstof is in opkomst. In Nederland, en in de rest van Europa, speelt de energiedrager een belangrijke rol in de transitie naar een duurzame energievoorziening. Neem de Green Deal: De EU wil honderden miljarden investeren. Daarvan is tussen de 24 en 42 miljard euro voor het ontwikkelen en bouwen van elektrolysers. Het grootste deel gaat naar zon- en windparken die stroom leveren voor elektrificatie van Europa en voor waterstofproductie.

Met waterstof kunnen gebouwen verwarmd worden, voertuigen rijden en kan energie worden opgeslagen. Maar waterstof kent ook minder bekende toepassingen. “Het belangrijkste voor ons zijn momenteel de glasbedrijven”, zegt Hans ten Dam, specialist chemical engineering bij HyGear. “Daar wordt gesmolten glas behandeld met waterstof en een stikstofmengsel, om onzuiverheden weg te krijgen. Zeker voor mobieltjes, en dat soort apparatuur, heb je heel puur glas nodig.”

Afhankelijk van de toepassing, moet waterstof een bepaalde zuiverheid hebben. In voertuigen kan waterstof bijvoorbeeld problemen veroorzaken als er te veel water in zit. “Het probleem in de markt is dat er bij tankstations vaak een lager dauwpunt gevraagd wordt dan wat door bedrijven geleverd wordt. Dat water kan bevriezen. Als dat gebeurt, zorgt dat voor schade aan het tankstation”, zegt Joost van der Woude, specialist chemical engineering bij HyGear. “Als er dus minder water in zit, gaan de onderhoudskosten omlaag.”

“De standaard is een beetje verschoven”, vervolgt Ten Dam. “De druk van waterstof in tanks wordt hoger. En hoe hoger de druk is, hoe eerder je met water te maken hebt. De norm is dus veranderd, maar nog niet overal doorgevoerd. Officieel is dit nog niet nodig, maar een nieuwe norm zit er wel aan te komen.” Het doel van het TKI-project is daarom ook: drogere waterstof produceren met een elektrolyser. Hiermee bereidt HyGear zich voor op vragen uit de markt en strengere regelgeving.

Dat is gemakkelijker gezegd dan gedaan. Wie groene waterstof maakt, heeft namelijk te maken met schommelingen. Neem een zonnepark: daar gaat de opwekking van elektriciteit alle kanten op, parallel aan de hoeveelheid zon die op de panelen valt. Een elektrolysesysteem ontwerpen voor dit soort toepassingen, is een uitdaging. De componenten in het systeem moeten goed functioneren bij een lage én een hoge flow. Dit soort vraagstukken zijn interessante materie voor studenten.

Er zijn momenteel twee afstudeerders bij het TKI-onderzoek betrokken. “Ik had de opdracht om de opstelling gereed te maken, zodat er getest kon worden”, zegt Rik van Dalen, student Werktuigbouwkunde op de HAN. “Er zijn veel dingen die je graag wil zien en regelen, zoals de temperatuur en de druk. En dat op een veilige manier.” Daarbij werd Van Dalen flink op de proef gesteld; hij vond weinig toegankelijke naslagwerken. “Over dit soort waterstoftoepassingen is nog niet veel bekend. Ik moest zelf onderzoek doen, en heb veel papers gelezen van allerlei wetenschappers.”

Sam van Amsterdam, Werktuigbouwkundestudent op de Hogeschool Utrecht, werkte afgelopen periode ook aan het waterstofonderzoek. “Ik focus me vooral op de gasoversteek tijdens elektrolyse. Dan gaat van de anode naar kathode zuurstof en water mee. Dat ben ik aan het modelleren. Ik maak een gasanalysesysteem dat kan bevestigen hoeveel er daadwerkelijk oversteekt”, zegt Van Amsterdam. “Het ontwerp is nu klaar en de spullen zijn besteld. Dus als dat eenmaal binnen is kunnen we het analysesysteem gaan bouwen.”

HAN-studenten uit het vierde semester werken aan het droogproces. De waterstof wordt door een cilinder met absorberende korrels geblazen en op die manier gedroogd. Wanneer het materiaal verzadigd is, wordt dat geregenereerd. Oftewel: gedroogd. Welke korrels het meest geschikt zijn voor deze toepassing en hoe deze het beste geregenereerd kunnen worden, is onderdeel van onderzoek. Ze willen bijvoorbeeld weten bij welke temperaturen het beste gedroogd kan worden.

Het project zorgt voor een flinke stroom kennis. Daar plukken de HAN én HyGear de vruchten van. “De studenten hebben begeleiders die meelezen met wat er gebeurt. En er zitten docentonderzoekers op het project. Die leren ontzettend veel. Hun kennis zetten ze bijvoorbeeld in voor workshops die ze geven aan studenten die de Themaroute Waterstoftechnologie volgen. En we hebben een hbo-master waarbij we een waterstofmodule hebben. Daarvoor heb ik zaken uitgezocht die ik in het onderzoek heb gestopt en andersom”, aldus Leo Polak, onderzoeker bij het lectoraat Duurzame Energie.

Naast het TKI-project met HyGear werkt de HAN aan tal van andere waterstofonderzoeken, met bedrijven en kennisinstellingen uit het SEECE-netwerk. Die focus op waterstof is nodig om de energiedrager van de grond te krijgen, zodat deze ingezet kan worden voor een betrouwbare en betaalbare energievoorziening. Polak: “We moeten heel hard werken om te zorgen dat waterstof goedkoper en normaler wordt, zoals aardgas. Als we het genormaliseerd hebben, de standaarden duidelijk zijn en er zijn veel mensen die ermee kunnen werken, dan gaan ook de prijzen omlaag. Dan gaan de ontwikkelingen ook veel sneller.”