Waterstof en brandstofceltechnologie gaan een grote rol spelen in de wereld van het nieuwe, groene energiesysteem. Maar om het potentieel van die brandstofcellen volop te benutten, moet het systeem verder geoptimaliseerd worden.
Een brandstofcel is een systeem dat chemische energie omzet in elektriciteit en warmte. In elektrische brandstofcel voertuigen faciliteert de cel een chemische reactie tussen zuurstof en waterstof (de energiedrager) die resulteert in elektrische stroom en water. In het hart van deze elektrochemische systemen spelen poreuze gasdiffusie-elektroden (GDE) een kritieke rol. Hun ontwerp is bepalend voor de prestaties, duurzaamheid en kostprijs. Bij Heratec, een ondernemersproject van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e), werken ze aan een baanbrekende technologie om deze elektroden te optimaliseren.
Entrepreneural spirit
Tijdens zijn PhD aan het Paul Scherrer Instituut in Zwitserland legt Antoni Forner Cuenca de wetenschappelijke basis voor de technologie. Sinds 2019 werkt hij als assistent professor aan de TU/e. De Spanjaard houdt van zijn werk als wetenschapper en onderwijzer, maar vindt het ook belangrijk om opgedane kennis uit het lab naar de praktijk te vertalen. Nu is het moment om daar iets mee te doen, want er is grote interesse in waterstoftechnologieën. Dus richtte hij vorig jaar samen met collega Rik van Gorp Heratec op. “We zijn nu nog geen bedrijf, maar onderzoeken de mogelijkheden om dat wel te worden. Ik hoop dat we over een jaar officieel een start-up zijn.”
Overstroming bij intensief gebruik
“Het mooie van een brandstofcel is dat je er lucht en waterstof instopt en er elektriciteit uitkomt. Voorwaarde is wel dat zowel vloeibare als gasvormige fase naast elkaar kunnen bestaan. In de huidige brandstofcellen is het moeilijk om het water dat in de cel wordt geproduceerd, er ook weer uit te halen. Dus bij intensief gebruik, overstroomt het systeem als het ware. Er is dan geen ruimte meer voor het gas. Wij proberen een soort snelwegen te creëren waarop we het water en het gas afzonderlijk van elkaar door de brandstofcel laten lopen”, legt Forner Cuenca uit.
Waterafstotende en water opnemende ‘snelwegen’
Bij Heratec modificeren ze de chemische eigenschappen van de brandstofcel zodat er hydrofiele (water opnemend) en hydrofobe (waterafstotende) kanalen ontstaan. Die kanalen zijn ongeveer zo dun als een haar. Zo kunnen de onderzoekers op hele kleine schaal beïnvloeden welke gedeeltes er wel en niet bevochtigd worden.
Heratec gebruikt de zogenaamde ‘elektron radiation grafting’ technologie om die kanalen in het materiaal te maken. Zo worden de hydrofobe kanalen aangebracht. “Vervolgens dopen we het materiaal in een hydrofilische oplossing, om de ‘snelwegen’ aan te brengen die wél water opnemen. Zo kan de chemische reactie efficiënt plaatsvinden en een brandstofcel intensiever en langer functioneren.”
Faculty of Impact
Mede-oprichter Rik van Gorp werd onlangs benoemd tot een van de tien fellows van het nieuwe, landelijke Faculty of Impact-programma. Deze beurs stelt hem in staat om fulltime te werken aan het omzetten van de technische innovatie in een succesvolle onderneming met maatschappelijke impact.
Schaalvergroting
Als alles volgens plan verloopt, is er over vijf jaar een productielijn opgezet en rijden de eerste brandstofcelvoertuigen met de innovatie van Heratec op de weg. Om het zover te laten komen, staan de aankomende twee jaar staan in het teken van schaalvergroting, aldus Van Gorp. “We gaan onze brandstofcellen doorontwikkelen van 1 cm² naar 25 cm² en uiteindelijk 100 cm². Dan zitten we op dimensie die relevant is voor de industrie. Het is daarbij heel belangrijk dat we nauw samenwerken met partijen uit de waterstofbrandstofcellen branche zodat we onze technologie kunnen afstemmen op hun wensen.”
Verder is het industriële proces van de productie van een GDE complex; het bestaat uit vijftien vormings- en verwarmingsstappen. Het is dus cruciaal dat Heratec kan samenwerken met leveranciers van GDE’s om de nieuwe coatingtechnologie op grote schaal toe te passen.
Blue sky-onderzoek
Heratec werkt nauw samen met bedrijven. Het is een algemene trend dat universiteiten steeds intensiever samenwerken met de industrie. Een goede zaak, vindt Forner Cuenca. “Maar, het is ook cruciaal dat er ruimte en andere middelen overblijven voor universiteiten om fundamenteel onderzoek te doen. Als we dat niet blijven doen, verlies je de disruptieve, baanbrekende ideeën. Blue sky-onderzoek, waarbij zowel praktische als economische doelen niet direct aanwezig zijn, is heel belangrijk. Zo is Heratec ook ooit ontstaan.”
Samenwerking
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
