Circonica is gespecialiseerd in hoge temperatuur brandstofcellen. Ze werken aan de vraagstelling hoe duurzaamheid in Nederland moet samenhangen met de waterstof economie en het realiseren van een carbon circulaire economie.
Wij spraken hierover met CTO en oprichter Diederik Jaspers en Technisch Ontwerper Aegle Flapper.
Van start-up naar Circonica
Circonica is in 2018 opgericht vanuit de doelstelling dat bij het gebruik van brandstoffen koolstof circulair moet worden en hier de juiste technieken voor ontwikkeld moeten worden. Hoe kan je grote hoeveelheden energie opwekken en de CO2 opslaan zodat dit niet wordt uitgestoten? Hier speelt de brandstofcel een grote rol in.
“Ik kwam na mijn Masters in aanraking met vast-oxide brandstofcellen en zag al snel dat deze veel potentieel hebben voor milieu en klimaat.” Vertelt Diederik. “Dit was al in 1989. Ik ben toen productontwerp gaan doen en kwam erachter dat het grootste probleem van de brandstofcellen is dat het veel te duur is en de levensduur te kort. De verbrandingsmotor is de grote concurrent van de brandstofcel welke in aanschaf veel goedkoper is. Dat maakt het moeilijk om toepasbaar te maken in commerciële markt.”
Diederik is vervolgens met een start-up aan de slag gedaan. Vanuit zijn consultancy werk kwam hij terecht bij Philips AppTech en Philips Lighting waar hij meewerkte aan de ontwikkeling van de laatste keramische lampen. Vanuit deze samenwerking is in 2018 het partnerschap ontstaan om met elkaar de brandstofcel verder door te ontwikkelen voor de commerciële markt. Hiervoor richtte Diederik met Wouter van Neerbos, Wouter Leefers en Hans Gerritsen Circonica op.
Buildingblock in de warmte transitie
Er bestaan verschillende processen om duurzame elektriciteit op te slaan voor later wanneer het niet waait en de zon niet schijnt, maar de meesten hiervan zijn te duur. Zoals opslaan in een batterij. Maar in zijn onderzoek kwam Diederik verschillende chemicaliën tegen waarmee je met CO2 en waterstof deze elektrische energie kunt opslaan in b.v. methanol welke dan voor ‘chemical storage’ zorgen.
De brandstofcel die Circonica ontwikkelt kan worden ingezet als buildingblock in de energie transitie én bij de opslag van duurzame energie. “Ons stokpaardje is dat onze energiecel een brandstofcel en een elektrolyser in één is. Zo kan je in één investering in één apparaat zowel waterstof maken, als terug met de waterstof weer elektriciteit en warmte maken. Voor de opslag kan je bijvoorbeeld een loop met waterstof maken met ijzer en stroom. “Hiermee kan je thuis energie opslaan door overdag zelf opgewekte waterstof in ijzeroxide te stoppen. Als je er dan later stoom (waterdamp)langs het ijzer leidt, komt er weer waterstof vrij en krijg je weer ijzeroxide.” Legt Diederik uit. “Die opslag techniek kan je koppelen met onze brandstofcel die daarvoor de warmte kan leveren voor het genereren van stoom (waterdamp) . In combinatie met zonnepanelen kan je dus stroom opwekken, omzetten naar waterstof, opslaan in ijzer, en gebruiken wanneer nodig. In het kort: met zonnepanelen erbij heb je een compleet zelfvoorzienend systeem
Die combinatie van energiecel met opslag in een chemische stof kan je in principe in iedere energie installatie plaatsen en inzetten voor de toepasbaarheid die deze installatie vraagt. Daarmee creëren we flexibiliteit aan zowel de ingang als de uitgang.”
Ontwikkeling in samenwerkingsverband
In de ontwikkeling van de brandstofcel werkt Circonica met meerdere partners samen. CoorsTek, een fabriek die ooit onderdeel was van Philips Lighting voor de ontwikkeling van elektrodes en de ontwikkeling van matrijzen, maar ook met Bosal en VDL binnen het Green Transport Delta Hydrogen project.
“De nieuwste matrijs voor ons unieke productieproces van keramisch spuitgieten van elektroden wordt op dit moment getest”, vertelt Diederik, “en zodra die gereed is, kunnen we in grote getalen gaan produceren. Wij gaan eerst op kleinere producten in massamarkten zitten, waardoor wij op termijn lage aanschafkosten als voordeel hebben. De keuze voor spuitgieten maakt dat het relatief makkelijk in massaproductie te nemen is en snel goedkoper is dan de bestaande aanbieders. Maar ook sneller kunnen groeien doordat wij gebruik maken van bestaande fabrieken waardoor wij geen tijd verliezen met de realisatie van nieuwe fabrieken en geen hoge kosten voor de aanschaf van deze nieuwe fabrieken hoeven te maken. Veel brandstofcellen maken met een hoge impact op het klimaat, dat is het potentieel, maar we zijn er nog niet. Wij zitten nog in het ontwikkelproces daarnaartoe.”
De markt is er klaar voor
Aan de marktkant is er al voldoende vraag voor de brandstofcel. Zo zijn er al vergaande gesprekken tussen Circonica en de CV-ketel branche, die al tientallen jaren hiermee bezig zijn. Huizen uit de jaren ’30, ‘60 en 70 maken ruwweg de helft uit van de bestaande woningvoorraad en kunnen door hun slechte staat van isolatie bijvoorbeeld niet zonder extreme kosten van het gas af. Hierdoor bestaat er een grote behoefte om op een andere manier emissiereductie van CO2 te realiseren. Door de energiecel in te bouwen in de CV-ketel blijft fossiel aardgas als primaire brandstof bestaan, maar zorgt de brandstofcel voor de omzetting naar elektriciteit en produceert hij tegelijkertijd warmte wat je kan gebruiken. “Zo zet je de brandstof veel optimaler en efficiënter in. Ook is de ketel met energiecel voorbereid op een toekomst wanneer groen gas en later steeds meer waterstof de primaire brandstof wordt. Want de energiecel is door zijn aard al compatibel met al deze brandstoffen.” Aldus Diederik.
Het grote voordeel van deze multi-fuel cel is dat je hem nu al kan inpassen op aardgas, maar als je kijkt naar de waterstofladder en de gebouwde omgeving waar het in de toekomst de standaard wordt om geleidelijk steeds meer waterstof bij te mengen, is de techniek al voorbereid.
Kabeltelevisie markt is een tweede markt waar Circonica de focus op heeft liggen. Hiermee kunnen ze een belangrijke rol spelen in verduurzaming door het leveren van meerdere kleine brandstofcellen in het netwerk in plaats van de lood-zwavel accu’s en dieselgeneratoren waar ze in die branche nu mee werken voor back-up.
“Deze use-cases gebruiken we om de markt te ontwikkelen, maar uiteindelijk zullen wij puur de stack leveren. Dit is de bedrijfsstrategie. De markten zullen dan zelf de use-cases door ontwikkelen en nieuwe bedenken waar wij dan de stacks voor aan leveren en systeemintegratoren ze tot energiesystemen bouwen.”
Omkeerbare cel naar elektrolyse
De Circulaire Energiecel van Circonica biedt oplossingen voor de Energietransitie, Slimme Decentrale Netten en CO2-reductie naar circulaire energie. Nadat de cel via de eerste twee branches op de markt is geïntroduceerd, wil Circonica de tweede stap maken naar markten met wat grotere brandstofcellen in de transportsector. Momenteel zijn we hiervoor al betrokken bij projecten voor lange-afstand trucks en -scheepvaart. Ten slotte is er de markt van Elektrolysers op Gigawatt schaal voor bijvoorbeeld windparken. “Hiervoor hebben wij qua kosten effectieve productietechnologie de beste papieren, maar dat zijn op dit moment erg grote projecten, daar zijn wij als organisatie nog niet klaar voor. We werken er op lange termijn naartoe om daar stacks voor te gaan leveren, helemaal gezien de lage kilowatt prijzen waar wij voor kunnen zorgen door de eerder genoemde massaproductie.
Momenteel werken wij nog met partners in de keten om ook de toelevering van andere onderdelen mogelijk te maken ” Vertelt Diederik hierover. “Elektrolieten waren al leverbaar, alleen zijn onze eisen erg hoog. Wij testen hiervoor de materialen die hiervoor worden ontwikkeld.
Door de holle elektrodes is kans op lekkage van waterstof kleiner dan bij conventionele SOFCs. Door het holle elektrode ontwerp is een losse stapeling van elektrodes, elektrolyten en interconnects mogelijk, wat voordelig is voor de circulariteit (makkelijker om materialen te scheiden en recyclen). Een uitdaging van dit design is het laag houden van de overgangsweerstand (los gestapeld > dus mogelijk slecht elektrisch contact). De techniek die we gebruiken zorgt er echter voor dat deze overgangsweerstand vrijwel volledig wegvalt en de performance dus nog steeds goed is, ondanks de losse stapeling
Decentrale energievoorziening
De cel van Circonica kan in de toekomst ook een grote rol spelen in de realisatie van decentrale energievoorziening en zelfvoorzienend te worden. Hierover vertelt Aegle ons meer. “Zo kan je bijvoorbeeld op afgelegen plekken wel een zonnepark neerzetten, maar krijg je de stroom niet zomaar waar het nodig is. Wanneer je er met behulp van onze stack voor kan zorgen dat iedereen de energie vanuit het zonnepark in zijn huis op kan slaan door middel van een kleine stack, kan je het capaciteitsprobleem op het netwerk wegnemen. Zo creëer je gesloten grids en werk je naar een zelfvoorzienend systeem.”
Wel is het ook voor Circonica een uitdaging om in hun gewenste tijdsplanning aan de juiste onderdelen te komen. “De stack wordt gemaakt met bestaande technieken, maar wij doen het niet zelf.” vertelt Aegle hierover. Door het gebruik van onconventionele materialen en de hoge eisen die wij stellen is het spuitgieten van de elektrodes een lastig proces. Het is dus ook een uitdaging voor producenten om voldoende elektrodes te leveren terwijl optimalisatie van de productieprocessen nog ongoing is. Dit zorgt voor vertraging in de ontwikkeling.”
Uitdagingen in het proces
Het is ook een uitdaging dat er vanuit de overheid nog niet voldoende belang bij waterstof wordt gelegd. Wanneer er steeds meer bedrijven bijkomen die het ontwikkelen van waterstof technologie als focus hebben, zal de productie vanzelf stijgen en worden ook de levertijden verkort. Zo kunnen bedrijven als Circonica meer flexibiliteit in capaciteit creëren om op te kunnen schalen. “Al blijft dit lastig omdat dit wel samenhang heeft met de expertise van een specifiek bedrijf nodig is. Naast de partners waar wij nu mee samenwerken zijn wij zeker nog op zoek naar andere partijen die ons als toeleverancier kunnen ondersteunen. Zo kijken wij nog naar leveranciers die onderdelen kunnen maken voor de ontwikkeling van een gastoevoer in de stack. Met partijen die ons hiermee kunnen helpen komen wij graag in contact.”
Samenwerken met Circonica of andere deelnemers
Ben jij actief binnen de elektrolyser industrie en wil je in contact komen met Circonica om ze te helpen aan materialen om hun stack door te ontwikkelen? Of ben je op zoek naar een andere samenwerkingspartner binnen de keten?
Wij brengen jullie graag samen. Word deelnemer van het Elektrolyser Makersplatform en kom naar een van onze netwerkbijeenkomsten of laat ons jou rechtstreeks koppelen aan een van onze deelnemers.
