(de)Hydrogenatie: haalbaarheid van een katalysator zonder edelmetalen
De toekomst van waterstoftechnologie staat of valt met het effectief en veilig transporteren van waterstof. Op dit moment is het comprimeren van waterstof de meest voorkomende methode, deze brengt echter aanzienlijke kosten en veiligheidsoverwegingen met zich mee. Daarom hebben Koninklijke van Twist, Voyex en Fieldlab Industrial Electrification (FLIE) in 2022 samen onderzoek gedaan naar een alternatieve manier om waterstofopslag veilig, eenvoudig en efficiënt te maken, middels het inzetten van een vloeibare waterstofdrager, ook wel Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC).
Deze studie gaf veelbelovende resultaten, echter voor de verdere opschaling en uitrol van de LOHC wil het consortium het concept nog aantrekkelijker maken. In het proces om waterstof uit de vloeistof te halen is namelijk een katalysator nodig, die grotendeels bestaat uit een edelmetaal. De toenemende grondstoffen schaarste kan daarmee een beperkende factor zijn voor de grootschalige uitrol van LOHC technologie. Om deze reden heeft een nieuw consortium van Voyex, FLIE en C2CAT de handen ineengeslagen om de haalbaarheid te onderzoeken van een edelmetaalvrije katalysator voor LOHC.
De vloeibare drager kan voor een groot deel worden gemaakt van afvalmaterialen en restproducten van biobrandstoffen. Fossiele grondstoffen zijn niet nodig.
Het creëren van deze systemen en het integreren ervan levert veel kansen op voor werkgelegenheid.
De inzet van een vloeibare waterstoftanker sluit uitstekend aan bij de infrastructuur en bedrijvigheid die al in de Rotterdamse haven en andere gebieden in Zuid-Holland zijn.
LOHC is veiliger dan diesel en heeft een hogere waterstofdichtheid dan andere vloeibare dragers van 66 kilo waterstof per kuub.
Innovatie: veilig en effectief vervoeren van waterstof
Voyex is de ontwikkelaar van deze LOHC. Haar kernactiviteiten zijn het synthetiseren van de vloeibare waterstofdrager alsook het ontwikkelen van techniek om op circulaire wijze waterstof te binden (hydrogenatie) aan de vloeistof en weer te ontladen (de-hydrogenatie) op de plek waar je het nodig hebt. De mogelijkheid om de LOHC rechtstreeks bij te tanken in zware mobiliteitstoepassingen zorgt voor een groot potentieel om diesel te vervangen.
Katalysatoren worden gebruikt om chemische reacties (in dit geval water )te initiëren en te versnellen. De beste katalysatoren worden echter vaak gemaakt van edele metalen zoals platina, iridium, ruthenium, palladium, rhodium en enkele andere. Deze edelmetalen zijn relatief schaars en wereldwijd slechts op een paar plekken te winnen. De groeiende behoefte aan edelmetalen in de energietransitie maakt deze duur en moeilijk te verkrijgen.
Het drastisch verminderen van het gebruik van edelmetalen is de kernexpertise van C2CAT. Zij zijn expert op het gebied van het ontwerpen en ontwikkelen van katalysatoren en maken gebruik van innovatief theoretisch modelleren en een gepatenteerde manier om katalysatoren te maken. Samen willen Voyex en C2CAT de kosten van de LOHC-keten terugbrengen en de toepassing nog aantrekkelijker maken.
Opzet onderzoek
Binnen deze haalbaarheidsstudie werken Voyex, FLIE en C2Cat aan de ontwikkeling van een katalysator voor (de)hydrogenatieprocessen van vloeibare waterstofdragers die het gebruik van edelmetalen overbodig maakt of drastisch reduceert. Dit wordt onderzocht door op zeer innovatieve wijze niet-edele metalen te selecteren, produceren en te testen in combinatie met de LOHC van Voyex.
Voor dit onderzoek worden met behulp van theoretische modellen en high-performance computing kandidaten van metalen en/of metaalcombinaties geïdentificeerd voor de LOHC. Vervolgens worden de kandidaat-katalysatoren geproduceerd door C2Cat. Deze worden aansluitend getest en geëvalueerd aan een breed scala aan criteria. De resultaten worden geanalyseerd om een beeld te scheppen van zowel de technische als de economische haalbaarheid van de techniek.
FLIE draagt tijdens het traject bij aan de business development van LOHC technologie. Zo werkt het Fieldlab aan vraagarticulatie vanuit het Haven Industrieel Complex, waar import en distributie van waterstof toekomstig een grote rol zal spelen. Daarnaast worden de kansen verkend voor toepassingen van hydrogenatie bij decentrale elektrolysefaciliteiten. Daarbij kan de veilige en eenvoudige opslag van waterstof in een LOHC mogelijkheden bieden om de hele waterstofketen te stimuleren.
Next steps
Voyex heeft al een relatief groot systeem ‘Voyex One’ waarin kg-testen kunnen worden uitgevoerd. De beoogde katalysator kan in een volgende stap binnen dit systeem op iets grotere schaal worden versneld. Als hier dezelfde resultaten worden behaald kan een pilotproject de volgende stap zijn. Dit zou een synthese-installatie voor LOHC (+/- 300 kg pd) betreffen, een hydrogenatie fabriek (+/- 10 ton LOHC pd) en de capaciteit om de-hydrogenatie systemen te realiseren (aanvankelijk 10-50
Voor wie interessant?
Het project kan inzicht geven of transport en opslag van waterstof middels LOHC een realistisch en economisch haalbaar alternatief is ten opzichte van conventionele methoden zoals compressie. Dit is vooral interessant voor:
- Brandstofleveranciers/distributeurs
Door gebruik te maken van de huidige infrastructuur met de LOHC-technologie kunnen zij hun businessmodel aanpassen/toekomstbestendig maken. - Partijen die heavy duty mobiliteitstoepassingen gebruiken of leveren
Denk hierbij aan: bouwbedrijven (generatoren, landbouw), Binnenvaart en kustvaart en transportbedrijven (vrachtwagenvervoer over lange afstanden).
Over FLIE
FLIE is een gezamenlijk initiatief van Deltalinqs, FME, Port of Rotterdam, InnovationQuarter en TNO en wordt nauw ondersteund door de Provincie Zuid-Holland, de Gemeente Rotterdam en de EFRO-subsidie.
Heeft jouw organisatie verduurzamingsambities en zou je graag de mogelijkheden van elektrificatie willen onderzoeken? Of lever jij een elektrificatieoplossing en wil jij in contact komen met eindgebruikers en andere belangrijke stakeholders? Neem dan contact met ons op. We helpen je graag!
