Aanleiding
Op dit moment lopen de technologische ontwikkelingen van PEM-elektrolysers en de toepassingseisen van waterstof uiteen. Enerzijds beweegt de productieketen van PEM-elektrolysers richting het gebruik van steeds dunnere membranen, met als voordeel lagere kosten en een hoger rendement. Het nadeel is een hogere oversteek van zuurstof en water, waarvan de concentraties in het geproduceerde waterstof sterk zal fluctueren bij variërend toegeleverd vermogen, wat het geval is bij directe koppeling aan hernieuwbare bronnen. Dit vereist een flexibelere nabehandeling van het waterstof.
Anderzijds blijkt aan de toepassingszijde in de praktijk dat de veelgebruikte tankprotocollen niet compatibel zijn met de gaskwaliteitseisen. Deze protocollen blijken in de praktijk een veel lager dauwpunt (tot 0,3 ppmv) in het waterstof te vereisen dan de ISO-norm van 5 ppmv. Bij deze laatste concentratie bevriest de waterdamp al bij -11°C. Dit levert problemen door ijsvorming in de tankapparatuur wat resulteert in apparatuur falen en extra onderhoud. HyGear verwacht dat gebruikers in de automotive waterstofmarkt steeds hogere eisen aan het waterstofgas gaan stellen om de operationele problemen te reduceren.
Doel van het project
Het modelleren, bouwen en testen van een geïntegreerd PEM elektrolysesysteem met verbeterde zuurstofverwijdering en droging dat de gevolgen van variabele deellast goed kan volgen in combinatie met een geoptimaliseerd regelsysteem. De technische doelen zijn:
- Ontwikkelen en valideren van stack en systeemmodel specifiek gericht op dynamisch gedrag en gasoversteek;
- Ontwikkelen van een closed-loop, pressure assisted temperature swing adsorption droger module met een waterstofopbrengst hoger dan 95%;
- Ontwikkelen van een adaptief regelsysteem dat fluctuerend vermogen koppelt aan de parameters voor het droogsysteem.
Partners
HyGear levert procesgassen, waaronder waterstof, aan industriële eindgebruikers in diverse applicaties in een combinatie van lokale productie en vervoer over de weg. HyGear ziet een toename in de vraag naar waterstof geproduceerd via elektrolyse.
HAN doet praktijkgericht onderzoeksprojecten in de waterstoftechnologie. Hierbinnen doen studenten praktijkervaring op en ontwikkelen zij met onderzoekers en bedrijven nieuwe kennis en technologie. Het HAN H2Lab is een speciaal hiervoor ingerichte hybride leerwerkomgeving.
Een 320 We PEM systeem is in aanbouw op de HAN en een 70 kWe PEM stack unit met power elektronica is aanwezig bij HyGear. Beide zullen gebruikt worden voor de validatie van het stack-model en in dit project uitgebreid worden met deoxo-dryer systeem.
Resultaat
Het project zal een zuurstofverwijdering- en droogsysteem ontwikkelen geschikt voor het zuiveren van waterstof met een variabele zuurstofconcentratie, vochtigheidsgraad en temperatuur en integreren met een compleet elektrolyser systeem geoptimaliseerd voor waterstofproductie onder variabele last.
Uniek zal de lage en constante dampspanning in het geleverde waterstof zijn waardoor bij tanksystemen veel minder onderhoud aan het tanksysteem noodzakelijk zal zijn. HyGear zal de systemen verkopen of deze in een Gas-as-a-Service contract bij eindklanten plaatsen.
Middels de waterstofkennis en -technologie ontwikkeling met studenten zal dit project ook bijdragen aan de Human Capital Agenda voor de energietransitie.
Samenwerken met HyGear of andere deelnemers
Ben jij actief binnen de elektrolyser industrie en wil je in contact komen met HyGear over dit project? 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.