De electrolyzer – Update

In 2023 besteedden we aandacht aan de productie van waterstof in dit artikel. Deze potentiële vervanger van aardgas wordt geproduceerd met een electrolyzer: een omvangrijk apparaat dat watermoleculen splitst in zuurstof en waterstof. Dit proces heet elektrolyse en werd al meer dan een eeuw geleden op industriële schaal toegepast.  

Drie stappen vooruit 

Maar de electrolyzer is in al die tijd nauwelijks geëvolueerd omdat we niet precies weten hoe het apparaat werkt. Thijs de Groot, adjunct-hoogleraar op het gebied van elektrochemische procestechnologie, en zijn team zijn dat aan het ontdekken. Want pas als je weet hoe het werkt, kun je gaan verbeteren. En met de toenemende geopolitieke spanningen, de stijgende gasprijzen en de uitdagende energietransitie is dat geen luxe.  

We spraken Thijs en vroegen naar de vorderingen. Hij gaf ons niet minder dan 3 belangrijke stappen vooruit. En die delen we graag met u.   

Vordering 1) De overdracht van gas beperken 

Zoals gezegd; elektrolyse is – heel simpel gezegd – het splitsen van watermoleculen in zuurstof en waterstof door gebruik te maken van elektriciteit. De exacte werking vraagt te veel uitleg, maar deze vooruitgang gaat over het uit elkaar houden van de gemaakte zuurstof en waterstof met een membraan. Het probleem is dat er bij de meeste hedendaagse elektrolyzers te veel waterstof door het membraan lekt. Met name als de elektrolyzer op een laag pitje draait is dat een probleem, omdat er dan een explosief mengsel van zuurstof en waterstof kan ontstaan.  

Om een toepasselijke woordspeling te gebruiken: bij dit probleem heeft Thijs het lek boven. Thijs: “We weten hoe we die overdracht terug kunnen dringen. En dat gaat de electrolyser veel flexibeler maken.”  

Praktijkvoorbeeld: China 

Dit probleem ervaart men op dit moment bij het Kuqa project in China. Daar zijn vorig jaar tientallen elektrolyzers van in totaal 260 megawatt in gebruik genomen en het is daarmee de grootste fabriek ter wereld. De benodigde elektriciteit krijgt de fabriek van een park zonnepanelen dat 300 Megawatt zou moeten opwekken. Maar het zonneaanbod varieert en dat is een probleem voor de elektrolyzers.   

De fabriek draait nu echter slechts op 20%, omdat er te veel waterstof in de zuurstof terecht komt. Thijs: “Omdat de elektrolyzers niet flexibel genoeg zijn, kunnen de Chinezen niets anders doen dan hun operationele strategie aanpassen en de elektrolyzers vaak uit- en aanzetten. Dat is geen gemakkelijke opgave want de elektrodes in elektrolyzers kunnen er niet goed tegen als je ze te vaak aan- en uitzet. Dat zorgt voor slijtage.” 

Thijs: “Het was voor mij bijzonder dat de fabrikanten van de elektrolysers beloofden dat de lekkage geen probleem zou vormen. Het is toch een bekend fenomeen. Maar je moet het de Chinezen nageven: zij doen het gewoon, zo’n enorme fabriek neerzetten. En ik verwacht dat ze de problemen ook wel op zullen lossen.”  

Vordering 2) Een snufje ijzerzout 

Zoals Thijs zelf zegt “Scheikunde is net koken. Soms probeer je iets, je voegt iets toe en dat werkt dan. Of niet.”  In dit geval werkt het. Het toevoegen van een kleine hoeveelheid ijzerzout maakt het systeem efficiënter, omdat het ijzer neerslaat op de elektrode en daar de vorming van het zuurstof makkelijker maakt.   

Deze ontwikkeling roept nieuwe vragen op waar Thijs zich op gaat storten. Thijs: “Nu willen we natuurlijk precies weten wat de optimale hoeveelheid ijzerzout is en welke stoffen er nog meer de efficiency verhogen.” 

Vordering 3) de Ohmse weerstand verlagen 

Zoals in alle processen rond elektriciteit speelt weerstand een belangrijke rol bij elektrolyse. Het is zaak om die weerstand zo laag mogelijk te houden. Hoe minder weerstand, hoe efficiënter het proces verloopt.  Thijs: “We dachten dat die Ohmse weerstand een ondergrens zou hebben. Maar we kunnen hem verder verlagen dan we dachten.”  

Dit komt door een belangrijke ‘meevaller’: de belletjes die tijdens elektrolyse ontstaan, blijkt minder invloed op de efficiency te hebben dan gedacht. Thijs: “Ze doen wel iets, maar niet heel veel. Dat is best verrassend, omdat er heel veel bellen in elektrolyzers zitten, maar bij een goed ontworpen elektrolyzer is hun invloed dus gering. ” 

Testen en opschalen 

Bij alle fundamenteel onderzoek geldt dat het aantonen van de theorie nog maar het begin is. Thijs: “Nu gaan we onze bevindingen verder testen in het laboratorium en dan opschalen in samenwerking met bedrijven. Innovatie kost tijd. Gemiddeld duurt het zo’n 5 jaar voordat je iets dat in het lab werkt ook succesvol in de praktijk kunt toepassen. We werken samen met bedrijven zoals VDL en met verschillende buitenlandse projecten. Dat helpt om naar een resultaat toe te werken dat bedrijven ook echt gaan gebruiken en verkopen.  

Tot zover deze update. Zodra er weer ontwikkelingen zijn rond Thijs’ electrolyzer project, brengen we daar natuurlijk weer verslag over uit.  

Het oorspronkelijke artikel uit 2023 vindt u hier: https://ufe.tue.nl/energy/de-elektrolyzer