Nieuwe infrastructuur EnergyVille voor onderzoek naar groene waterstof

Imec en VITO richten zich op de opschaling van componenten voor elektrolysers en karakterisatie-apparatuur. Elektrolysesystemen worden gebruikt voor processen zoals het splitsen van water in zuurstof en waterstof met behulp van elektriciteit. UHasselt focust op nieuwe materialen voor de generatie en het gebruik van waterstof op basis van – elektriciteit opgewekt door – zonne-energie. imec richt zich op de verdere ontwikkeling van zijn nanomesh-materiaal. Dit elektrodemateriaal – samengesteld uit verbonden nanowires tot een driedimensionale regelmatige structuur – heeft een hoge porositeit en een ongeëvenaard reactieoppervlak. Door deze materiaaleigenschappen kunnen innovaties in energietoepassingen versneld worden, zoals grootschalige elektrolyse voor groene waterstofproductie.

Waterstofvisie
De labinfrastructuur bevindt zich in de EnergyVille-laboratoria in Genk en het Green Hydrogen Lab in Diepenbeek. Waterstof is volgens EnergyVille nodig voor de vergroening van de zogenoemde hard-to-abate sectoren zoals de zware industrie – van staal tot cement en chemie – en de scheepvaart.

De Vlaamse regering stelde daarom een waterstofvisie op en trekt in het relanceplan Vlaamse Veerkracht geld uit voor innovatie rond waterstof. Voor de nieuwste waterstofinfrastructuur in Genk trok de regering 4,5 miljoen euro uit.

Zonne-energie
Met de Vlaamse Veerkracht-investering is in de laboratoria van EnergyVille 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 worden geproduceerd.

Tijdens de elektrolyse, waarbij water wordt gesplitst in waterstofgas en zuurstofgas op materialen zoals de ‘nanomesh’, is het cruciaal dat de 2 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 zijn lange traditie in het gieten van membranen en imec met zijn 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.

Zonne-energie
Wanneer zowel de energievoorziening als de chemische industrie van groene waterstof voorzien moet worden, is er volgens EnergyVille ontzettend veel elektrolysecapaciteit nodig. Zonne-energie is daarbij de door de onderzoekspartners beoogde onuitputtelijke, niet-vervuilende en hernieuwbare-energiebron, waarbij met zonnepanelen opgewekte stroom gebruikt kan worden voor de productie van groene waterstof.

Daarbij stellen de onderzoekers zich ook de vraag of er 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 nieuwe 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 dergelijke nieuwe materialen en voor hun synthese op grotere schaal, zodat ze kunnen worden getest in een omgeving die relevant is voor industriële validatie. Daarom is infrastructuur geïnstalleerd om deze nieuwe materialen te kunnen verwerken in elektrodes en katalysatoren en ze te testen; onder meer in een elektrolyseapparaat voor elektrodes tot 100 vierkante centimeter 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.

Startschot
Al met al vormen de verschillende investeringen 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 hierover: ‘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.’