artikel

Waterstofbatterij voor energieopslag

energie

Stel dat je groene energie uit zonnepanelen lokaal kunt opslaan als waterstof, om die op een beter gelegen moment te gebruiken om weer elektrische energie te genereren voor lokaal gebruik. De waterstofbatterij is in ontwikkeling.

Waterstofbatterij voor energieopslag

Misschien weet je het nog van de middelbare school: waterstof kun je in een vrij eenvoudige proefopstelling maken, door met elektrische energie, water te splitsen in waterstof en zuurstof. Dit proces om waterstof te produceren heet elektrolyse. En het kan als proefje op school, maar het kan ook op grote schaal. Dat laatste gebeurt echter nog nauwelijks. De reden is dat er tot nu toe geen reden voor was. We hadden immers volop aardgas uit Groningen.

Gasketels op waterstof

Maar nu we van het gas af willen gaan er stemmen op om groene waterstof in te zetten als potentiële (deel)oplossing om onze huizen te verwarmen. Om die reden zijn er al wat pilotprojecten gestart  – en staan in de planning – waar woningen worden verwarmd met gasketels die op waterstof branden. Ook zijn er plannen om op grote schaal groene waterstof te produceren.

Een waterstofbatterij

Maar er zijn meer toepassingen voor waterstof dan er een cv-ketel op te laten branden. Zo kan een brandstofcel uit waterstof elektrische energie maken. Het omgekeerde proces dus van elektrolyse, waarbij je uit elektrische energie waterstof maakt. Wat zou het mooi zijn om die twee technieken te combineren. Dan kun je uit duurzaam opgewekte energie – van bijvoorbeeld zonnepanelen – waterstof maken. En tegen de tijd dat er weer behoefte is aan elektrische energie, kan de brandstofcel die uit de voorraad waterstof maken. Zie hier: waterstof als energieopslag; noem het een waterstofbatterij.

Reversibele brandstofcel

Een dergelijke reversibele brandstofcel (RBC) is getest in het onderzoeksproject Flexnode. De RBC bestaat uit een elektrolyser (5,5 kW) voor de productie van waterstof uit elektriciteit en een brandstofcel (1 kW) om elektriciteit uit waterstof te genereren. De geproduceerde waterstof wordt opgeslagen in een tank van 850 liter bij een druk van circa 50 bar zonder extra compressiestappen.

Genereert warmte

Het technische doel was de bouw van een proof-of-concept van een RBC met waterstofopslag. Dat is gelukt, zo schrijven de onderzoekers. “De RBC kenmerkt zich door een langdurige opslag met hoge energiedichtheid”. Bovendien zou de regelsnelheid tussen de afname en productie van elektriciteit hoog zijn, wat gunstig is voor het opvangen van pieken en dalen op de energiemarkt. Wel constateren de onderzoekers dat een RBC nog een aanzienlijke hoeveelheid warmte genereert, dat als ‘verlies’ te beschouwen is. Door deze warmte juist slim te benutten kan een hoge systeemefficiëntie worden bereikt.

Hanzehogeschool en Gasunie

Het project werd uitgevoerd door een consortium met de Hanzehogeschool, Gasunie, GasTerra, Alliander, Hydron Energy, Jules Energy en BlueTerra. Subsidie kwam uit het programma TKI Systeemintegratie van het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat. Momenteel wordt de opstelling verder getest op technische- en marktaspecten. Het eindrapport ‘Onderzoek naar mogelijke toepassingen voor een decentrale reversibele brandstofcel‘ is openbaar.

De waterstofbromide flowbatterij

Het Arnhemse bedrijf Elestor ontwikkelde onlangs – na diverse pilots in de afgelopen jaren – een opslagsysteem voor elektrische energie in de vorm van een zogeheten waterstofbromide flowbatterij. Deze vorm van energieopslag is gebaseerd op een gepatenteerd systeem dat bestaat uit een membraan met aan een zijde een waterstoftank en aan de andere zijde waterstofbromide onder atmosferische (druk bij normale aardse omstandigheden, red.) druk.

Waterstofbromide

De componenten waterstof en waterstofbromide zijn van elkaar gescheiden door het membraan, dat alleen protonen doorlaat. Wanneer op de batterij een spanning wordt aangelegd, vindt een zogenoemde redoxreactie plaats, waarbij protonentransport door het membraan plaatsvindt en de batterij geladen wordt. Bij het ontladen vindt de reactie in omgekeerde richting plaats.

Batterij als open systeem

Dit proces zou volledig omkeerbaar zijn en geen degradatie kennen, waardoor de opslagcapaciteit van het systeem na verloop van tijd niet afneemt. Bovendien zijn flowbatterijen open systemen die onderhouden kunnen worden. Een ander belangrijk kenmerk van het concept is dat het gewenste vermogen (kW) en capaciteit (kWh) onafhankelijk van elkaar kunnen worden gedimensioneerd.

50 kW modules

In 2015 introduceerde Elestor al haar eerste werkende waterstofbromide flowbatterij.  Na een eerste pilot in 2016 zijn er in diverse landen pilots geweest met grote en kleine systemen. Inmiddels zijn er volgens CEO Guido Dalessi voldoende pilots achter de rug om een definitieve versie van het systeem te introduceren: 50 kW-modules die koppelbaar zijn als legostenen. Dergelijke systemen zullen onder meer geplaatst gaan worden bij de gemeente Emmeloord, pv-park Gansenwoirt in Duiven en twee systemen in Duitsland (Essen en Mönchengladbach).

Gebouwgebonden installaties

In de zomer van 2018 nam machinebouwer ITMGroup een waterstofbromide flowbatterij van Elestor in gebruik. De waterstofbromide flowbatterij werd gekoppeld aan gebouwgebonden installaties, zodat de restwarmte en -koude van deze installaties kan worden gebruikt om de temperatuur van de batterij optimaal te houden. Dat komt de efficiëntie van het systeem ten goede. Ruim 1.700 zonnepanelen op het dak van het bedrijf leveren de energie om de batterij op te laden. De bedoeling is dat op deze manier tot 80 % van de benodigde energie zelf kan worden opgewekt; dat aandeel lag rond de 50 procent.

Batterij van 150 kW

Begin januari liet Elestor via een persbericht weten het project FlowBox over te nemen van het Franse Areva. In dit project wordt de grootste waterstofbromide flowbatterij ter wereld ontwikkeld en gebouwd, met een vermogen van 150 kW en capaciteit van 900 kWh. Areva gaat zich volledig richten op de doorontwikkeling van haar modulaire PEM-brandstofcel.

Kennis en ervaring

Elestor krijgt met de overname de beschikking over “een groot deel van de apparatuur en over veel kennis en ervaring.” Dit voorjaar wordt het systeem overgebracht naar Nederland, alwaar het zal worden voltooid met technologie van Elestor, waaronder bidirectionele inverters en membranen.

 

 

 

Reageer op dit artikel