Elektrolysers worden gebruikt om waterstof mee te maken. Deze systemen splitsen water op in zuurstof en waterstof met elektriciteit. Als deze elektriciteit uit wind en zon komt, is de waterstof ‘groen’ en komt er geen CO2 vrij bij het proces.
Het probleem is dat elektrolysers duur zijn en het vooralsnog lastig is ze op grote schaal te produceren. Daarnaast degraderen ze als ze lang worden blootgesteld aan hoge temperaturen, waardoor er na verloop van tijd lekkages kunnen ontstaan.
Niet vierkant, maar rond
De onderzoekers van CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) hebben de afgelopen zeven jaar gewerkt aan een nieuw soort elektrolyser die werkt op stoom van industriële processen. Waar de meeste elektrolysers zijn opgebouwd met vierkante buizen, bestaat de elektrolyser van CSRIO uit ronde keramische buizen met elektroden aan binnen- en buitenkant.
De buisvormige technologie benut stoom uit industriële processen en splitst deze in zuurstof en waterstof. Elektroden binnen en buiten de buis dragen bij aan het vermogen om de moleculen te splitsen. Het keramische materiaal zorgt ervoor dat de zuurstof kan ontsnappen terwijl de waterstof behouden blijft.
Wetenschappers van CSIRO bij een oven op labschaal voorzien van hun keramische buizen | Credit: CSIROFlinke energiebesparing
De onderzoekers zeggen dat het systeem bij processen met een temperatuur van 800 °C 30 procent minder elektriciteit verbruikt dan een elektrolyseapparaat met een ‘standaard’ protonen-uitwisselingsmembraan (PEM). Bij warmte van ‘lage kwaliteit’, dat wil zeggen rond de 200-300 °C, is deze 20 procent efficiënter.
De uitvinding betekent dat fabrieken hun stoom direct kunnen gebruiken om waterstof mee te maken. Daarmee wordt een stap overgeslagen die wel nodig is bij reguliere PEM-elektrolysers. Daar moet stoom eerst door een turbine om elektriciteit mee op te wekken.
Niet meer eerst koelen
Bijkomend voordeel is dat de nieuwe elektrolyser direct de hitte van stoom benut. Stoom die via een turbine een PEM-elektrolyser voedt, moet eerst gekoeld worden wat ook weer energie kost. Volgens CSIRO maakt deze elektrolyser het mogelijk om industriële restwarmte efficiënt terug te voeren in fabrieken waardoor er minder nieuwe (fossiele) brandstoffen nodig zijn.
Of waterstof opgewekt met een CSIRO elektroyser groen is, valt natuurlijk te betwisten. De stoom kan nog steeds voortkomen uit processen die draaien op fossiele energie. Wel wordt de fossiele energie in een fabriek efficiënter benut als de restwarmte in de vorm van stoom direct bruikbaar is voor deze elektrolyser.
Toepassing voor staalfabrieken
CSIRO denkt dat haar systeem relatief eenvoudig op te schalen is, zodat het voor grote industriële processen bruikbaar is, bijvoorbeeld bij de productie van staal. Ook zijn de ronde buizen minder lekkagegevoelig, omdat slechts één rand afgedicht hoeft te worden; bij vierkante buizen zijn dit veel meer randen.
Inmiddels heeft CSIRO de elektrolyser ondergebracht in een nieuw bedrijf Hadean Energy. De elektrolyser werkt vooralsnog alleen op 250 watt. De komende maanden wordt een kilowatt-variant getest bij staalfabrikant Bluescope Steel in Australië. Hadean Energy wil binnen vijf jaar een eerste systeem op megawatt-schaal gereed hebben.
