Op de campus van een universiteit die zo actief is op het gebied van onderzoek als de EPFL in Lausanne – École Polytechnique Federale Lausanne – is het niet onverwacht om een gigantische aluminium parabolische schotel te zien. Wat er uniek aan is, is de functie. Je zou kunnen denken dat het een geavanceerde ontvanger of zender is voor 5G- of misschien 6G-netwerken, maar dat is niet zo. De gelijkenis is een echte kunstmatige boom die de zon volgt en haar licht gebruikt om waterstof te produceren.
- Zwitserse onderzoekers hebben een zonnesysteem ontworpen om waterstof te produceren;
- De opstelling werkt het hele jaar door, zij het met een verminderde output;
- Er werd een bedrijf opgericht om de technologie te commercialiseren;
Onderzoekers van EPFL creëerden een apparaat om waterstof, zuurstof en warmte op te wekken. De schaal is een foto-elektrochemisch systeem dat een fotovoltaïsch apparaat en een elektrolytische cel samenvoegt. Een elektrolyse gebruikt elektriciteit om chemische reacties aan te sturen, zoals het produceren van waterstof.
Na jaren van onderzoek in het universiteitslaboratorium ontwikkelden de onderzoekers een schotel op proefschaal om de technologie in een echte omgeving te testen. “We hebben altijd een duidelijke visie gehad over het creëren van een systeem dat geschaald en gedemonstreerd kon worden. Om dat te doen, heb je een pragmatische aanpak nodig, waarbij je je concentreert op beschikbare materialen,” zei prof. Sophia Haussener, hoofd van het Laboratory of Renewable Energy Science and Engineering (LRESE).
De kunstboom die ze op het universiteitsterrein installeerden, kan tot een halve kilo waterstof per dag produceren – genoeg om in de dagelijkse energiebehoefte van een Zwitsers gezin te voorzien. Bovendien kan de schotel ook zuurstof en warmte produceren.
Waterstofproductie
Het systeem bestaat uit een parabolische schotel met een diameter van zeven meter en een zonnereactor. De parabool werkt als een zonneconcentrator; op het brandpunt – waar het zonlicht wordt getransporteerd – bevindt zich de reactor. Het concentreren van licht op een klein gebied resulteert in een compacter apparaat, waardoor kosten en materialen worden bespaard. Wanneer het licht het brandpunt bereikt, wordt het gehomogeniseerd om een uniforme lichtstroom te leveren, wat cruciaal is voor het optimaliseren van de prestaties.
Het enige dat toegevoegd moet worden is water. De wetenschappers van de EPFL pompen water naar de reactor en gebruiken het zowel voor de waterstofproductie als voor de warmteoverdracht, zodat alle componenten niet oververhit raken. Tegelijkertijd wordt warmte overgedragen naar onderdelen die beter presteren naarmate de temperatuur stijgt. Na de chemische reacties worden waterstof en zuurstof samengeperst opgeslagen.
Werkt het hele jaar door
De zon is de primaire energiebron van de kunstboom, maar wat gebeurt er als hij niet schijnt? In het onderzoekspaper dat door het Zwitserse team werd gepresenteerd, laten de wetenschappers ook verschillende gegevens zien die het hele jaar door zijn verzameld.
“Als de dag niet zo zonnig is, blijft het systeem werken, maar met een lagere output. De efficiëntie van het systeem – ongeveer twintig procent – verandert echter niet, omdat hetzelfde deel van het zonlicht wordt omgezet in waterstof,” verduidelijkt Haussener.
De kunstmatige boom produceert tot een halve kilo waterstof per dag met behulp van een gesloten circulerend watersysteem, zodat er geen druppel water verloren gaat. “Een belangrijk aspect van onze technologie is dat het ook warmte kan genereren. Dit zou in de toekomst interessant kunnen zijn voor residentiële toepassingen,” voegt ze eraan toe.
Het lab uit
Gezien de veelbelovende resultaten werd SoHHytec opgericht als een spin-out van LRESE om de technologie te gaan commercialiseren. Haussener richtte het bedrijf mede op met een andere onderzoeker van het EPFL lab, Saurabh Tembhurne, de CEO van het bedrijf.
“We hebben recordprestaties laten zien voor hoge efficiëntie en vermogensdichtheid, waardoor de oplossing economisch is. In dit stadium brengen we onze oplossing op de markt, te beginnen met de zware industrie als klant,” legt Tembhurne uit.
De technologie verbeteren
SoHHytec test zijn kunstmatige boom nu in een staalverwerkingsfabriek om groene waterstof te leveren. In de productie- en verwerkingsactiviteiten van de fabriek is waterstof een van de productie-inputs. De spin-off heeft gewerkt aan het verder verfijnen van zijn technologie door zijn kunstmatige boom in een echte omgeving te gebruiken.
Om een betrouwbare waterstofbron voor industriële fabrieken te zijn, moet de kunstmatige boom 24/7 waterstof produceren. Om de beperkingen van zonne-energie te beperken, maakte het bedrijf zijn systeem flexibeler en bood het de mogelijkheid om het te integreren met externe elektriciteitsbronnen om waterstof te blijven produceren. Sunpower is goed te combineren met wind- of waterkracht, zodat elektriciteit uit andere hernieuwbare bronnen kan worden gehaald als de zon niet schijnt. Deze integratie hangt strikt af van de locatie van de installatie. Volgens Tembhurne is dit niet nodig in landen als Spanje of Portugal.
Een ander aspect waar het bedrijf rekening mee heeft gehouden is lichtintermittentie. Op sommige dagen kan de lichtstroom sterk variëren, met momenten van zonneschijn en andere wanneer wolken de zon weer bedekken. Deze aspecten vormen een uitdaging voor een apparaat dat volledig afhankelijk is van de zon. “Om de intermittentie te beheren, hebben we een slim regelalgoritme en slimme hardware ontwikkeld”, voegt de CEO van SoHHytec toe. “Het belangrijkste is dat duurzaamheid altijd de belangrijkste beperking is geweest voor foto-elektrochemische apparaten. We verwachten dat onze technologie 25 jaar meegaat, net als conventionele zonnepanelen en elektrolyzers.”
Kunstbomen bossen
Bovendien ontwierp het bedrijf een productreeks met kunstbomen van verschillende grootte. Een systeem van 20 kW produceert een output van 10 kilogram waterstof per dag. Een grotere versie met een diameter van dertien garandeert een verdubbeling van de output. SoHHytec denkt ook aan een model met een diameter van 25 meter dat geschikt is voor onvruchtbare gebieden zoals woestijnen of andere onbruikbare gebieden met bossen van kunstbomen.
Naast de procesindustrie richt het bedrijf zich ook op andere sectoren waar waterstof gemakkelijker kan worden ingezet. Mobiliteit, met name de zware sector, is er daar één van. Het zou mogelijk kunnen zijn om de parabelen naast tankstations te plaatsen in de meest platgetreden corridors van vrachtwagens. Een andere optie is het opzetten van waterstofproductiehubs dichter bij waar en wanneer het het meest nodig is.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
