Electrolyzers maken waterstof en zuurstof van zuiver water. Wat nou als je zo’n waterstof-electrolyzer helemaal zelf probeert te bouwen? Dan vergaar je relevante kennis, bijvoorbeeld voor de energietransitie. Hans Gelten, onderzoeker en projectleider bij het lectoraat Sustainable Energy Systems, vergaart die kennis ook nog eens op een innovatieve manier. In het project HYGENESYS ontmoeten diverse partners elkaar in de H2Hub Twente, en werken studenten samen in een Challenge Based Learning Community. Hans Gelten geeft ons stof tot nadenken.
Elektrolyse. Veel mensen zullen bij dat begrip terugdenken aan de scheikundeles op de middelbare school. Wat een electrolyzer doet, heeft veel te maken met het ‘welbekende proefje’ dat wij ooit als scholieren moesten uitvoeren. Onderzoeker Hans Gelten frist ons geheugen even op: “Een waterstof-electrolyzer doet eigenlijk niks anders dan waterstof en zuurstof maken van water, met behulp van elektriciteit. Dat is geen nieuwe technologie, maar wel één die nu meer in beeld is vanwege de energietransitie.”
Er ligt gelijk een groot thema op de gesprekstafel: de energietransitie. Hoewel het hoofddoel van HYGENESYS – volgens Hans een projecttitel ‘uit de hoge hoed van lector Richard van Leeuwen’ – niet direct met de energietransitie heeft te maken, kunnen we niet zomaar voorbijgaan aan deze mondiale uitdaging. Waarschijnlijk zal waterstof, een van de twee producten die een waterstof-electrolyzer voortbrengt, een steeds grotere rol gaan spelen bij het transporteren en bufferen van onze toekomstige vraag naar duurzame energie. Hoe die rol er precies uitziet? Hans: “Waterstof als gas is een doel op zichzelf; je kan het gebruiken in de chemische industrie als koolstofvrije grondstof voor de productie van chemicaliën. Iets waar normaal gesproken aardolie voor wordt gebruikt, wat tot CO2-emissies leidt. Daarnaast heb je met waterstof een middel waarmee je energie kunt opslaan en later op een andere plek weer kunt gebruiken zónder CO2-emissies.”
De electrolyzer-opstelling van HYGENESYS.
Energie opslaan in een chemisch element; het prikkelt de geest. Hans schotelt ons een groene toekomstvisie voor: “Op zee kun je met wind en zon veel groene energie opwekken. Die energie breng je aan land en daar maak je er waterstof van met een electrolyzer. Er wordt ook al serieus gekeken of deze ‘omzetting’ op zee kan plaatsvinden, aangezien pijpleidingen veel goedkoper zijn dan elektriciteitskabels. Vervolgens kun je de waterstof dan transporteren via zo’n pijpleiding.” Een ander voordeel dat waterstof kan bieden: ons elektriciteitsnet, dat nu soms al overvol raakt door alle zonnepanelen en windmolens die terug willen leveren, zou een deel van de overtollige energie ook kunnen gebruiken voor de productie van waterstof. In de geproduceerde waterstof kan de rest van de overtollige energie worden opgeslagen, om pas te worden gebruikt wanneer er vraag naar is.
Decentrale energiebron
Terug naar de hedendaagse realiteit, hoe fascinerend een duurzame toekomst met behulp van waterstof ook mag zijn. Binnen HYGENESYS ligt de focus niet op toepassingen voor de consumentenmarkt, maar meer op oplossingen voor de industrie. Hoewel er in Nederland bijvoorbeeld al wordt geëxperimenteerd met cv-ketels die werken op waterstof, is een warmtepomp op dit moment een voordeliger en meer voor de hand liggend alternatief. En een auto die rijdt op waterstof, zal het op dit moment nog afleggen tegen een batterij-elektrische auto. Toch zijn er – zeker buiten de consumentenmarkt – praktische toepassingen te bedenken waarbij het gebruik van waterstof logisch is. Als het gaat over transport, kan er bijvoorbeeld worden gedacht aan een heftruck op waterstof. Immers: een heftruck op een bouwlocatie, rijdt niet zomaar even naar een tankstation. En elektrisch opladen – een andere optie – kost voor een heftruck vaak veel tijd; een decentrale energiebron kan dan een oplossing bieden. Dat ‘decentrale’ vormt daarom een belangrijk aspect van HYGENESYS. “Om lokaal energievraagstukken op te kunnen lossen,” licht Hans toe. “Dan zijn dit soort decentrale electrolyzers die wij aan het ontwikkelen zijn heel erg belangrijk.”
HYGENESYS-partners in beeld bij de H2Hub Twente in Almelo.
Kenniswinst
De projectpartners die zijn aangehaakt bij HYGENESYS, hebben vooral belang bij de kennis die binnen het project wordt vergaard. Dat geldt bijvoorbeeld voor Bolletje in Almelo, een bedrijf dat te maken heeft met productielijnen waarbij onder andere zeer hoge temperaturen nodig zijn. Voor Bolletje is het interessant om na te gaan of electrolyzers een rol kunnen spelen bij het behalen van die temperaturen, zonder dat het elektriciteitsnet daarmee wordt overbelast; iets wat door de grootschalige productie van het bedrijf wél zou gebeuren bij het gebruik van elektrisch aangedreven ovens.
“Het consortium bestaat uit bedrijven, generalisten en specialisten,” vertelt Hans, “die vanuit hun bedrijfsvoering geïnteresseerd zijn. En je hebt kennisinstellingen – mbo, hbo en universiteit – die alle drie geïnteresseerd zijn op hun eigen manier. We zijn eigenlijk alle stappen aan het doorlopen om werkelijk die electrolyzer te realiseren. Dat doen we om kennis op te bouwen.” Hans specificeert: “Het gaat om het technologische ontwerp van een electrolyzer, waarbij chemische, mechanische en elektrische kennis onontbeerlijk is. Daarnaast moet je veiligheid en de Europese normen en regelingen meenemen. Het is eigenlijk de hele cyclus waar je kennis en kunde in opdoet, om zo daadwerkelijk tot een systeem te komen. Een systeem dat je zou kunnen vermarkten.”
Van software tot waterzuivering
Het gaat dus om kennis op verschillende vlakken, van techniek tot regelgeving. Zoals gezegd is een electrolyzer geen nieuwe toepassing, maar wel een compléxe toepassing; bovendien wordt binnen het project gekeken naar innovaties op kleinere schaal. Zo hebben electrolyzers twee typen modi waarin ze kunnen draaien: in een zogenaamde mixed mode of in een seperate mode. HYGENESYS probeert om tot een zo efficiënt en veilig mogelijk gebruik van beide modi te komen. Hierbij komt een partner als Powerspex om de hoek kijken. “Dat is een automatiseringsbedrijf in Hengelo,” zegt Hans. “Ze zijn gespecialiseerd in meet- en regeltechniek, en ze hebben eigen software om systemen te kunnen simuleren, te meten en te regelen. De modellering van elektrolyse zat nog niet in hun porfolio.”
Voorbeelden van andere partijen die binnen HYGENESYS hopen op ‘kenniswinst’, zijn Jotem uit Vriezenveen en Waterschap Vechtstromen. “Jotem is gespecialiseerd in het zuiveren van water,” zegt Hans, “en voor elektrolyse heb je als voeding zuiver water nodig. Bij dit project vindt Jotem het interessant om te zien of ze hun bedrijfsvoering op grote schaal kunnen toepassen om een electrolyzer te voeden. Dan is het de vraag wat daar allemaal bij komt kijken. En dan heb je ook nog Jotem in combinatie met Waterschap Vechtstromen. Waterschap Vechtstromen is een waterzuivering, en zij hebben natuurlijk water tot hun beschikking. In het project gebruiken wij op dit moment kraanwater, en dat moet beter. Hoe mooi zou het zijn als wij de reststromen van Waterschap Vechtstromen in combinatie met Jotem kunnen gebruiken? Dan heb je maatschappelijk gezien een hele mooie casus.”
De stappen die we moeten zetten om from scratch naar een systeem te komen, hebben wij voor de studenten gedefinieerd in challenges.
Hub en Challenges
Essentieel voor HYGENESYS zijn de zogenaamde H2Hub Twente en de Challenge Based Learning Community. De H2Hub Twente is een fysieke locatie, waar een coöperatie van bedrijven onderzoek kan uitvoeren. Het HYGENESYS-consortium bestaat uit een deel van die bedrijven, kennisinstellingen en studenten; het project en de learning community worden terplekke op de hub-locatie uitgevoerd. Met het oog op een succesvol resultaat, was het noodzakelijk om de learning community vorm te geven op basis van een verscheidenheid aan opleidingen en bedrijfspartners. “We hebben chemisch technologen nodig,” licht Hans toe. “We hebben werktuigbouwkundigen nodig en studenten elektrotechniek. Technische Natuurkunde haakt aan, maar bijvoorbeeld ook Integrale Veiligheidskunde. Vanuit de UT doen enkele bacheloropleidingen mee. En als je naar ROC van Twente kijkt, dan kun je studenten betrekken op het gebied van installatietechniek, operator systems of elektronica. Die studenten heb je allemaal nodig. De stappen die we moeten zetten om from scratch naar een systeem te komen, hebben wij voor de studenten gedefinieerd in challenges.”
Uitdagingen dus, die studenten extra moeten prikkelen om tot een relevante projectbijdrage te komen. “De bijdrage van de studenten is echt vreselijk groot,” benadrukt Hans. “Daar ben ik trots op, want zij voeren veel van het werk uit. De challenges zijn allemaal stage-afstudeerprojecten, die multidisciplinair worden uitgevoerd samen met andere studenten en engineers uit het bedrijfsleven. Daarbij komen studenten soms heel ver. Ik denk dat ze op die manier zelfs meer leren dan wanneer ze puur bij een bedrijf zouden zitten. De learning community is ook sterk gericht op het human capital-vraagstuk dat er ligt. Bedrijven staan te springen – ook in het licht van de energietransitie – om nieuwe medewerkers met kennis van zaken, bijvoorbeeld rondom waterstof. Een van de studenten die meedraaide in de eerste fase van het onderzoek, is na het afstuderen gaan werken bij Powerspex.”
Het zijn voorbeelden die ook landelijk de aandacht trekken. Hans: “GroenvermogenNL, een landelijk groeifonds waarin wordt geprobeerd om waterstoftechnologie echt een boost te geven, heeft onze learning community meegenomen als best practice voor de regio Oost-Nederland.” Logisch toch dat zulke betekenisvolle resultaten zorgen voor de motivatie om vooral met HYGENESYS dóór te gaan? “Als we het over energie en efficiëntie hebben…” zegt Hans over zijn persoonlijke drijfveren. “Ik kan hier een berg energie in stoppen, maar ik krijg er ook altijd weer heel veel energie voor terug.”
Fotografie: Thomas Busschers
Meer info over HYGENESYS
In het RAAK-mkb-project HYGENESYS werken diverse partners en studenten binnen de H2Hub Twente en een Challenge Based Learning Community aan de uitdaging om een waterstof-electrolyzer te ontwikkelen. Kennisvergaring is hierbij een hoofddoel. De learning community is opgezet door het lectoraat Sustainable Energy Systems in samenwerking met TechYourFuture en Stephan Corporaal, lector Human Capital. In de community zijn zowel Saxion-studenten als studenten van Universiteit Twente en ROC van Twente actief.
De projectscope houdt niet op bij een gedetailleerd electrolyzer-ontwerp alleen. Projectleider Hans Gelten wil in de volgende fase van HYGENESYS daadwerkelijk electrolyzer-componenten gaan aanschaffen. In zijn woorden: “We willen het niet alleen maar een papieren exercitie laten zijn, maar ook daadwerkelijk onze handen gaan gebruiken.”
Partners binnen HYGENESYS zijn: H2Hub Twente, HyMatters, Boessenkool, Jotem, Powerspex, Schröder Energie Technologie, Demcon, VDL Energy Systems, KIWA, Waterschap Vechtstromen, Cogas en Kiemt. Naast lokale kennisinstellingen die actief zijn in de learning community – Saxion, UT en ROC van Twente –, is HAN University of Applied Sciences aangehaakt bij het project om samen met Hogeschool Saxion een ‘brede waterstof-onderzoekslijn’ op te bouwen in Oost-Nederland.
