artikel

Brandstofcel kan profiteren van waterstoftrend

Engineering

Brandstofcellen, die uit aardgas tegelijk warmte en elektriciteit produceren, leiden in Nederland een kwakkelend bestaan. Maar in het buitenland gaan de ontwikkelingen nog steeds hard. En door de toegenomen belangstelling voor waterstof komt ook bij ons de brandstofcel weer in beeld. Vooral de brandstofcel die twee kanten uit kan – de reversibele brandstofcel – spreekt tot de verbeelding. Die kan namelijk elektriciteit en warmte produceren óf waterstof maken , net waar behoefte aan is.

Brandstofcel kan profiteren van waterstoftrend

Door Tijdo van der Zee

Brandstofcellen zijn micro-wkk’s (of μWKK): ze maken warmte en elektriciteit uit gas. In zekere zin is dat niets nieuws: de micro-wkk op basis van een Stirling-motor techniek is al jaren op de markt. Denk aan de eVita van Remeha (die overigens sinds kort niet meer in de schappen ligt). Twee grote verschillen tussen brandstofcellen en stirling micro-wkk’s: een brandstofcel is geruisloos, want heeft geen bewegende delen. En de brandstofcel produceert relatief veel meer elektriciteit.

Brandstofcellen in Nederland

In Nederland zijn de afgelopen jaar hooguit enkele tientallen brandstofcellen geïnstalleerd, vooral vanwege een ongunstige verhouding tussen aardgas en elektriciteit (spark spread). Aardgas is ten opzichte van elektriciteit redelijk duur en zal de komende jaren door het ontmoedigingsbeleid van de overheid alleen maar duurder worden. Een business case die gestoeld is op de omzetting van gas in elektriciteit is hier dus lastig te realiseren.

Bluegen brandstofcel

Maar niet in het buitenland. In België loopt het bijvoorbeeld storm met de Chi van energiebedrijf Elugie. De Chi is een white-label Bluegen-brandstofcel, waar er in Nederland ook een stel van op de markt gebracht zijn. “Wij hebben een kleine 300 units operationeel in België en hopen er dit jaar een 500-tal bij te plaatsen”, zegt Bjorn van Haver, directeur van Elugie. En inderdaad: een subsidie en een gunstige spark spread dragen hier aan bij. “Wij hebben een Vlaamse subsidie van 2.236 euro per Chi en de spark spread tussen stroom en gas is veel hoger dan in Nederland. De gasprijs is hier 4,5ct/kWh en de stroomprijs 28ct/kWh.” In Nederland is die verhouding ongeveer 7ct/kWh voor gas tegen 22 ct/kWh voor elektriciteit.

SOFC en PEM

De Bluegen (1,5 kWel / 0,61 kWth) is een brandstofcel op basis van de SOFC-technologie. Dat staat voor Solid Oxide Fuel Cell. Deze technologie wordt door een aantal producenten gebruikt. Een andere technologie is de PEM (Proton Exchange Membrane) brandstofcel (er zijn nog veel meer technologieën, maar deze twee zijn gangbaar in verwarmingstoestellen). In de basis werken ze hetzelfde: waterstof en zuurstof reageren met elkaar tot water, waarbij warmte en elektriciteit vrijkomen. Een katalysator knipt waterstof in losse protonen en elektronen: de protonen gaan door een scheidend membraan naar de andere kant van de brandstofcel, de elektronen volgen via een elektrisch circuit en voilà: elektriciteitsproductie.

Minder platina

Om die katalysator is veel te doen. In de PEM is dat doorgaans platina. Dat is duur en niet onbeperkt voorradig. Al jaren is er daarom een wereldwijde zoektocht naar goedkopere alternatieven of naar manier om minder platina nodig te hebben. SOFC is minder kieskeurig als het gaat om de katalysator en hierin worden vaak in overvloed aanwezige metalen als nikkel en kobalt gebruikt. PEMs hebben ten opzichte van SOFC het voordeel dat ze opereren onder veel lagere temperaturen. En dat ze vaker aan en uit gezet kunnen worden. Bij een SOFC kan dat niet omdat de temperaturen tussen de 700 en 1000 graden liggen, en omdat het keramische materiaal (het Solid Oxide) gevoelig is voor scheuren.

Primeurs op de ISH

Op de ISH-beurs in Frankfurt in maart presenteerden verschillende leveranciers hun brandstofcel-concepten. Dat zijn kasten met daarin verschillende onderling verbonden componenten, die nodig zijn voor volwaardige ruimteverwarming. Viessmann en Remeha presenteerden beide een nieuw brandstofcel-concept. Remeha toonde de eLecta 300. Dit jaar al komt die op de Duitse markt. Nederland is volgend jaar aan de beurt. De brandstofcel kan 750 W elektrisch leveren en 1100 W thermisch – in verhouding levert deze dus meer warmte dan de Bluegen. Het bedrijf Senertec is een Duits zusterbedrijf van Remeha (beide vallen onder BDR Thermea) en dat levert de Dachs 0.8, een exacte kopie van de eLecta 300, maar met een andere kast eromheen. De brandstofcel wordt aangevuld met een 300 liter buffervat, een reformer, die aardgas kraakt naar waterstof, een omvormer, die de opgewekte gelijkstroom omzet naar wisselstroom en ten slotte een Baxi-HR-ketel, met een verwarmingsvermogen van minimaal 5,2 kWth en maximaal 21,8 kWth. Die ketel is er om de vraagpieken te kunnen afvangen.

PEM-brandstofcel Panasonic

De Dachs 0.8 en de eLecta 300 hebben beide een PEM-brandstofcel van Panasonic. Ook Viessmann gebruikt een Panasonic-brandstofcel voor de Vitovalor PT2 en de Vitovalor PA2, waarbij de eerste een combi is met een pieklastketel en de tweede een stand alone brandstofcel. Die Vitovalor PA2 was een primeur: Viessmann denkt dat consumenten niet altijd op zoek zijn naar een totaaloplossing, maar soms de verschillende componenten zelf aan elkaar willen smeden. Bijvoorbeeld als er al een geschikte cv-ketel is geplaatst.

Japanse rivaliteit

De zoektocht naar een geschikte brandstofcelleverancier is niet eenvoudig. Een paar jaar geleden nog was Remeha bezig om een alliantie met Toshiba te smeden. Het is niet duidelijk waarom het bedrijf is overgestapt naar Panasonic. Een woordvoerder van Remeha zegt dat het bedrijf daar geen uitspraken over doet. Hagen Fuhl van Senertec legt uit wat het voordeel is van een brandstofcel met PEM-technologie ten opzichte van een met SOFC. “De PEM kan tijdens zijn levensduur van 80.000 draaiuren 4.000 start-stop-cycli maken. Dat is technisch gezien bij een SOFC-brandstofcel niet verwantwoord.”

Waterstoftrend

De brandstofcel in Nederland loopt dus nog niet zo lekker. Maar daar kan verandering in komen als de waterstofhype van nu doorzet naar een echte trend. De Dachs 0.8 en de eLecta 300 kunnen in principe vrij eenvoudig worden omgebouwd naar een apparaat dat op puur waterstof werkt, zegt Hagen Fuhl van Senertec: “Je hoeft in feite alleen maar de reformer er uit te halen. Is nog goedkoper ook.”

Zonnepanelen leveren waterstof

En dan komen allerlei interessante combinaties om de hoek kijken. Want wat te denken van het Vlaamse onderzoek aan de universiteit van Leuven naar zonnepanelen die pure waterstof leveren? Er loopt nu een pilot op een tot woning omgebouwde boerenhoeve in het plaatsje Oud-Heverlee, waarbij die panelen in samenhang met een waterstofopslagtank en een brandstofcel ervoor moeten zorgen dat de woning op duurzame wijze de moeilijke wintermaanden door komt. Die brandstofcel komt waarschijnlijk van Viessmann, maar helemaal zeker is dat niet, want op het moment van schrijven van dit artikel was de zoektocht nog niet helemaal afgerond.

Reversibele brandstofcel

Helemaal leuk kan het worden als brandstofcellen omkeerbaar worden. Dus zowel elektriciteit en warmte als waterstof kunnen leveren. Dan kan je met elektriciteit van je pv-panelen op het dak waterstof maken, dat in huis of in de auto gebruikt kan worden. Henk Willem van Dorp, directeur van technisch dienstverlener Van Dorp gelooft heilig in deze technologie en hij denkt zelfs als bedrijf binnen enkele jaren met zo’n set voor particulieren op de markt te komen. “Thuis heb ik een kleine afstandbestuurbare auto op waterstof en zonne-energie. Deze kost iets van 100 euro. Ik verwacht dat deze techniek binnen enkele jaren zo goedkoop wordt dat dit betaalbaar wordt voor grote vermogens. Wellicht dat bewoners straks hun overtollige stroom gaan verkopen aan een wijk waterstoftankstation met elektrolizer en pompstation.”

Brandstofcel in Europa

De brandstofcel wordt door de Europese Unie gesteund in grote ontwikkelprojecten, waar flinke subsidies aan hangen. Het eerste project was ene.field, waarin Europawijd ongeveer 1000 brandstofcellen zijn geplaatst. Op dit moment loopt PACE, waar 90 miljoen euro beschikbaar is voor ongeveer 2.800 geplaatste toestellen. Dit project loopt tot 2021. “Wat er daarna gebeurt is nog koffiedik kijken”, zegt Thomas Vanhauwaert, woordvoerder van Cogen, de Europese wkk-vereniging. “Er zijn nog geen concrete voorstellen voor een vervolg.” Wat hij wel ziet is dat waterstof in heel Europa in de belangstelling staat als een potentieel duurzame energiedrager. “Oostenrijk is nu voorzitter van de Europese Unie en dat land heeft van waterstof een van hun speerpunten gemaakt.”

Reageer op dit artikel