We kunnen het met gemak de grootste uitdaging van de energietransitie noemen: de opslag en het transport van groene energie. Nederland zet vol in op wind- en zonne-energie, maar het elektriciteitsnet slibt dicht. Met talloze projecten, Europese consortia en zo’n achthonderd miljoen aan subsidie richt de Rijksoverheid haar pijlen op groene waterstof. Maar, ook daar geldt de vraag: hoe gaan we de opslag en distributie regelen?
Een decentrale oplossing
“Er ligt al een infrastructuur van pijpleidingen, maar dat netwerk is ingericht op de vijf grote industriële clusters. Zij zijn verantwoordelijk voor dertig procent van de industriële CO2-uitstoot. Het zesde cluster – ‘de rest’ – is verantwoordelijk voor de overige zeventig procent. Al die bedrijven zijn niet (goed) aangesloten op het waterstofnetwerk. Hun mogelijkheid om te verduurzamen is daardoor beperkter”, legt Timme ter Horst, business manager bij studententeam SOLID, uit.
Daarom heeft het team een decentrale oplossing bedacht, die niet afhankelijk is van deze infrastructuur. Die oplossing komt in het gedaante van SIR One (Steam Iron Reactor) die SOLID met hulp van projectpartners RIFT, TU/e, DNV en Metalot en subsidieverstrekker Metropool Regio Eindhoven heeft gebouwd. De reactor is gebouwd op basis van een opslagtechniek voor waterstof door het gebruik van ijzer. SIR One kan een kilo waterstof opslaan en heeft daarvoor twintig kilo ijzer nodig.
‘Waarom is dit niet allang op de markt?’
“Met ijzer kun je waterstof in verhouding heel compact opslaan. De grondstof heeft een hoge energiedichtheid en kan tot drie keer meer waterstof opslaan per volume, dan wanneer je waterstof onder hoge druk opslaat. Dat is nu de meest gebruikelijke manier”, verduidelijkt Max Winkel. Hij laste dit studiejaar een pauze in van zijn masters Technische Natuurkunde en Kernfusie om aan de slag te gaan als teammanager bij SOLID.
Waterstof opslaan in ijzer werkt als volgt. Door waterstof te laten reageren met ijzeroxide – roest in de volksmond – ontstaan twee producten: ijzer en water. IJzer fungeert hier als opslagmiddel. Om daar vervolgens weer waterstof van te kunnen leveren, voegt SOLID stoom aan het ijzer toe. Dat resulteert dan weer in waterstof en ijzeroxide. Zo ontstaat er een cyclus waarin ijzer als duurzame waterstof opslag functioneert. “Het doel is dat het ijzer dat we in de reactor stoppen zo’n cyclus minstens twintig keer kan doormaken. IJzer is bovendien het meest voorkomende element op aarde en kent minder veiligheidsrestricties dan waterstof”, aldus Winkel. Deze combinatie maakt het een goedkoop alternatief voor grootschalige waterstofopslag en -distributie.
Toen Winkel bij het team kwam, vond hij de technologie relatief simpel klinken. “Ik snapte niet waarom het concept niet allang op de markt was. Nu weet ik wel beter (lacht). Als natuurkundige ben ik nooit bezig met welke bout ik nodig heb om twee onderdelen aan elkaar vast te maken. Ik heb dit jaar echt ontdekt hoe moeilijk het is om een technologie klaar te stomen voor de markt.”
Succesvolle voorgangers
Het team borduurt voort op de technologie die hun voorgangers ontwikkelden. In 2020 ontwikkelde het studententeam, samen met het Metal Power consortium, de eerste industriële ijzerpoeder verbrandingsinstallatie. Dat resulteerde in spin-off RIFT, die eind vorig jaar twee miljoen aan investeringen ophaalde. Ter Horst: “Dit concept wordt nu groot gemaakt buiten SOLID om, wij hebben heel bewust de keuze gemaakt om iets anders te doen.”
Dat hun voorgangers zo succesvol zijn, brengt wel bepaalde verwachtingen met zich mee, vindt Ter Horst. Als business manager kijkt hij waar deze piepjonge technologie past tussen het geweld van alle energiereuzen. Of, zoals hij het zelf noemt, “het scouten van verschillende markten voor waterstof”.
Toepassingsgebieden: zware industrie en seizoensopslag
“De markt rondom waterstof wordt heel erg gehypet, maar waar gaan we het nou echt voor gebruiken? Ons antwoord daarop is: de verduurzaming van de zware industrie. Dan heb je het over de sectoren die hele hoge temperaturen nodig hebben voor hun productieprocessen. Er zijn zes industriële clusters, waarvan er vijf zijn aangesloten op de infrastructuur van pijpleidingen voor gas. Het zesde cluster is eigenlijk niet echt een cluster, maar ‘de rest’. Denk aan producenten van keramiek, glas en papier. Zij hebben geen directe toegang tot de infrastructuur voor waterstof. Daar willen wij ons op focussen, want onze oplossing is decentraal.”
Daarnaast is ook seizoensopslag van waterstof een toepassingsgebied waar SOLID zich op focust. Winkel: “Afgelopen zomer had Nederland veel elektriciteit over. Op die momenten wil je waterstof produceren en opslaan, zodat je het op een later moment kunt gebruiken. Nu zijn zoutgrotten in het noorden van Nederland het meest genoemde alternatief, maar het nadeel daarvan is dat je ze niet kunt verplaatsen. En dus weer die infrastructuur nodig hebt. Onze oplossing kun je overal neerzetten waar je wilt.”
Dan rest er nog een belangrijke vraag: waar gaat SOLID al dat ijzer vandaan trekken? “We kijken of we afvalijzer kunnen gebruiken in onze reactor. Bovendien: het ijzer dat wij niet meer kunnen gebruiken, is nog steeds heel puur en kan makkelijk worden gebruikt voor de staalindustrie”, aldus Winkel. SOLID is onderdeel van het project ‘Waterstof in een circulaire economie’ van het KWR Watercycle Research Institute.
Geen vette raceauto of drone
Al is SIR One nog amper gelanceerd, de opvolgers zijn al bekend. SIR Two moet vijfhonderd kilowattuur aan waterstof kunnen opslaan; in 2027 wil SOLID in de haven van Rotterdam SIR Three lanceren. Ter Horst: “Wij ontwikkelen geen vette raceauto of drone, maar een technologie die potentie heeft om opgeschaald te worden en impact te maken.”
Samenwerking
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
