Nieuwe infrastructuur rond waterstof brengt onderzoek in stroomversnelling

Complementair onderzoek vanuit drie partners

De drie EnergyVille-partners VITO, imec en UHasselt zetten elk in op onderzoek om groene waterstof praktisch toepasbaar te maken op industriële schaal. Imec en VITO richten zich op de opschaling van componenten voor elektrolysesystemen en karakterisatie-apparatuur. Electrolysesystemen worden gebruikt voor processen zoals het splitsen van water in zuurstof en waterstof met behulp van elektriciteit. UHasselt focust dan weer op nieuwe materialen voor de generatie en het gebruik van waterstof op basis van (elektriciteit opgewekt door) zonne-energie. De laboinfrastructuur bevindt zich in de EnergyVille-labo’s in Genk en het Green Hydrogen Lab in Diepenbeek.

Technologische innovaties voor efficiëntere en betaalbare waterstofproductie

Imec investeerde de steun in verdere ontwikkeling van hun ‘nanomesh’-materiaal. Dit elektrodemateriaal, samengesteld uit verbonden ‘nanowires’ tot een driedimensionale regelmatige structuur, heeft een hoge porositeit en een ongeëvenaard reactieoppervlak. Dankzij deze unieke materiaal eigenschappen, kan het innovaties in energietoepassingen significant versnellen, zoals grootschalige elektrolyse voor groene waterstofproductie. Met de Vlaamse Veerkracht investering werd in de labo’s van EnergyVille hiervoor een pre-pilootlijn voor de opschaling van imec’s nanomesh materiaal ontworpen en geïnstalleerd. Partners VITO, imec, Hyve en materialenexpert Bekaert zullen hier onderzoeken hoe grotere oppervlaktes van het materiaal op een betaalbare wijze kunnen geproduceerd worden.

Tijdens de elektrolyse, waarbij water wordt gesplitst in waterstofgas en zuurstofgas op materialen zoals de ‘nanomesh’, is het cruciaal dat de twee gassen gescheiden blijven. Dit kan met behulp van een stabiel membraan – hoe dunner, hoe efficiënter het proces. Ook hier werken de onderzoekspartners samen: VITO vanuit hun lange traditie in het gieten van membranen en imec met hun ontwikkelingen van vastestofelektrolyten voor batterijen.

Uiteindelijk wordt het opgeschaalde nanomesh-materiaal en het scheidingsmateriaal samen in een testreactor geplaatst, waarbij de vernieuwde waterstofproductie zal worden getest – dit in een industrieel relevante installatie, ontworpen door VITO. Hierdoor wordt een belangrijke stap gezet in de commercialisatie van deze innovatieve technologieen en betaalbare waterstofproductie.

Nieuwe materialen voor productie en gebruik van waterstof met zonne-energie

Hoe kunnen we een voortdurend groeiende vraag naar energie combineren met een aanzienlijke vermindering van onze ecologische voetafdruk? Wanneer we zowel de energievoorziening als de chemische industrie willen voorzien van de nodige groene waterstof, is er ontzettend veel elektrolysecapaciteit nodig, wat eveneens gepaard gaat met een zeer grote hoeveelheid kritische grondstoffen die hierbij als elektrode of katalysator worden gebruikt.

Zonne-energie is een onuitputtelijke, niet-vervuilende en hernieuwbare bron, die we kunnen omzetten in elektriciteit voor elektrolyse via fotovoltaische panelen. Men kan zich de vraag stellen of er ook een meer rechtstreekse overdracht mogelijk is van zonne-energie naar chemische energie voor het breken van watermoleculen en het vormen van waterstof of hiervan afgeleide moleculen. Het instituut voor materiaalonderzoek (imo-imomec) van UHasselt en imec ontwikkelt en onderzoekt innovatieve materialen die de energie van de zon kunnen omzetten in de geschikte vorm voor watersplitsing en het gebruik van waterstof om andere duurzame chemische bouwstenen of brandstoffen te maken, en dit bij voorkeur met minder kritische grondstoffen.

Middelen uit het Vlaamse Veerkracht relanceplan worden door UHasselt geïnvesteerd in geavanceerde apparatuur voor het ontwikkelen en karakteriseren van zulke nieuwe materialen en voor hun synthese op grotere schaal zodat ze kunnen getest worden in een omgeving die relevant is voor industriële validatie. Daarnaast installeerden we infrastructuur om deze nieuwe materialen te kunnen verwerken in elektrodes en katalysatoren en ze te testen, o.m. in een elektrolyseapparaat (voor elektrodes tot 100 cm2) dat ook onder industrieel relevante condities kan werken. Met name de productie via elektrolyse van waterstof bij hoge druk is een uitdaging, maar is ook economisch het meest voordelig omdat het de directe opslag van waterstof bij hogere druk mogelijk maakt zonder extra mechanische compressie.

Naar commercialisering van groene waterstof

Deze investeringen vormen het startschot voor de verdere uitbouw van waterstofinfrastructuur in Genk en Diepenbeek, een cruciale stap in de uiteindelijke commercialisering van groene waterstoftechnologie.

Vlaams minister van Innovatie Jo Brouns: “Waterstof speelt en zal ook in de toekomst een belangrijke rol spelen in de duurzame transitie. In het bijzonder voor onze zware staal- of chemie-industrie zal waterstof dienen als grondstof of brandstof voor processen die niet of moeilijk te elektrificeren zijn. Vlaanderen, en bij uitbreiding België, heeft echter tot op vandaag onvoldoende ruimte voor hernieuwbare energie om al die duurzame waterstof hier te produceren. We investeren daarom in onderzoek en innovatie, bijvoorbeeld om membranen te ontwikkelen die de productie van die waterstof goedkoper maken. Zo helpen we mee aan de belangrijke klimaatuitdaging, en kunnen we die expertise ook exporteren naar landen met veel zon en wind om die groene waterstof te produceren.”