Tijdmakers: 200 keer minder iridium nodig voor groene waterstof productie

Elektrolyse, wat is het?

“De elektrolyser is het apparaat waarmee waterstof wordt geproduceerd door middel van elektrolyse, het proces waarbij water wordt gesplitst met electriciteit en een membraan in m waterstof en zuurstof . Hoewel de technologie al een eeuw oud is, is deze nooit echt goed doorontwikkeld omdat goedkoop aardgas de noodzaak om waterstof te produceren heeft weggenomen. Nu zorgt de huidige klimaat crisis voor  een dringende behoefte om de CO2-emissies naar nul terug te brengen. Groene waterstof wordt gezien als een belangrijk middel om naar een volledig klimaat neutraal energiesysteem te gaan.”

Waarom is waterstof nodig?

“Er zijn drie belangrijke redenen om waterstof te gebruiken:

1. Integratie windenergie op zee: op de Noordzee staat momenteel 3 gigawatt windenergie, maar tegen 2030 kan dit oplopen tot 21 gigawatt. Op een gegeven moment produceren we zoveel elektriciteit dat er een overschot is. Dit kan worden omgezet in waterstof en opgeslagen in bijvoorbeeld lege zoutcavernes om te gebruiken wanneer er geen duurzame energie beschikbaar is.
2. Verduurzaming van de industrie: Het tweede doel is om de zware industrie te verduurzamen, zoals de staal-, luchtvaart-, en scheepvaartindustrie, waar direct gebruik van elektriciteit geen optie is.
3. Leveringszekerheid energie: Het derde doel is om de leveringszekerheid te garanderen. In de winter zijn we momenteel sterk afhankelijk van fossiel aardgas, wat in de toekomst in potentie kan worden vervangen door waterstof.”

“Om deze doelen te bereiken, is het van belang dat elektrolysers goedkoper, efficiënter en duurzamer worden. Een belangrijk punt is dat de PEM type elektrolyser, het schaarse grondstof iridium als katalysator gebruikt. Om de gigantische hoeveelheid waterstof te produceren die de Europese Unie als doel heeft gesteld, en om klimaatneutraal te worden, zijn er veel elektrolysers en dus veel iridium nodig.”

“Van deze doorbraak kan de gehele keten van waterstofproductie profiteren. Van partijen die de machines maken, de coatingtechnologie, de componentontwikkelaars, electrolyser fabrikanten tot de eindgebruiker die uiteindelijk de waterstof met elektrolyse gaat produceren: de zware industrie. Iedereen heeft als doel om te zorgen dat je zo duurzaam en efficiënt mogelijk waterstof kan produceren, met zo min mogelijk materialen.”

200 keer minder iridium: hoe kan dat dan?

“Bij TNO Holst ontwikkelden we eerder al de technologie spatial Atomic Layer Deposition (sALD), een methode om extreem dunne lagen functionele materialen op grote oppervlakken aan te brengen. Die was bedoeld om een nieuwe generatie displays voor tv’s, tablets en smartphones te ontwikkelen. We hebben de technologie nu ook toepasbaar gemaakt voor elektrolysers. We brengen dan op de elektrolysers atomische dunne lagen iridium aan, waarbij we eigenlijk veel minder nodig hebben.”

Hoe is het idee ontstaan?

“Twee jaar geleden hebben de twee TNO afdelingen in Petten en Eindhoven hun krachten gebundeld. Ze zijn samen een intern onderzoeksproject gestart waarbij dit idee er als meest kansrijk uitkwam.”

Kan het nog duurzamer?

“Momenteel is waterelektrolyse om waterstof te maken dichtbij de markt omdat er al een hele industrie is die waterstof nodig heeft. Maar de huidige ‘grijze’ waterstofproductie op basis van fossiel aardgas heeft een zeer grote CO2-uitstoot, wat niet duurzaam is. Het heeft een uitstoot van meer 10 kg CO2 per kg H2.”

“Een volgende stap in de ontwikkeling is CO2-elektrolyse. Waar we binnen het TNO Voltachem programma aan werken. Het doel hier is om van groene elektriciteit,  water en CO2 uit de lucht of uit biomassa nieuwe chemicaliën te maken. We onderzoeken welke chemicaliën we kunnen maken en welke elektrolysetypes daarvoor nodig zijn.”

“Hier liggen nog de nodige uitdagingen, zoals een stabiel membraan en de juiste katalysator voor een optimale conversie. Door direct met elektriciteit nieuwe producten, plastics en chemicaliën te maken, kunnen we de toekomst duurzamer maken en voldoen aan de behoefte van onze maatschappij.”