artikel

Cv-ketel met brandstofcel waardevolle toevoeging energiesysteem

klimaattechniek

De brandstofcel kan een waardevolle toevoeging zijn in ons energiesysteem op momenten dat duurzame energie even niet beschikbaar is. Maar er moet wel meer tijd en geld in onderzoek naar brandstofcellen gestoken worden, want op dit moment zijn cv-ketels met brandstofcellen nog niet concurrerend met andere verwarmingsopties.

Cv-ketel met brandstofcel waardevolle toevoeging energiesysteem
Door Joop van Vlerken

 

Brandstofcellen lijken op accu’s of batterijen, maar kunnen ook zelf elektriciteit produceren. De werking van een brandstofcel laat zich vrij eenvoudig uitleggen, licht Arend de Groot, onderzoeker bij TNO, toe. “Bij de verbranding van waterstof komen waterstof en zuurstof bij elkaar en ontstaat water. In een brandstofcel houd je waterstof en zuurstof gescheiden met behulp van membranen, maar je laat wel de elektronen overspringen. Met dit verschil in lading kan elektriciteit gemaakt worden.” Belangrijk voordeel bij deze productiemethode is dat er geen afvalstoffen ontstaan, zoals bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Het enige ‘afvalproduct’ is water of stoom, dat makkelijk kan worden afgevoerd. In voertuigen kan het zelfs hergebruikt worden, bijvoorbeeld als ruitenwisservloeistof.

 

Rendement

De toepassing van waterstof in brandstofcellen kent volgens De Groot veel voordelen. “Het relatief hoge rendement, en het ontbreken van CO2-uitstoot zijn de belangrijkste voordelen van het gebruik van waterstof.” Hoewel het rendement van brandstofcellen met waterstof relatief hoog is, is er wel sprake van conversieverlies, rekent de onderzoeker van TNO voor. “Het rendement bij de omzetting van waterstof naar elektriciteit is tussen de 50 en 60%. Bij de omzetting van elektriciteit naar waterstof is dat tussen 65 en 75%, bij de huidige stand van de techniek. De brandstofcel is nog in ontwikkeling dus het rendement kan nog stijgen.”

 

Woningen

Door dit conversieverlies, zijn concurrerende technieken nu vaak efficiënter. “Hierdoor verliest waterstof het in de gebouwde omgeving van de warmtepomp. Maar als de toepassing van warmtepompen niet mogelijk is, wordt het natuurlijk een heel ander verhaal. Brandstofcellen kunnen prima in woningen toegepast worden. In de bestaande bouw zijn brandstofcellen in combinatie met waterstof zeker een optie.” In Nederland lopen op dit moment verschillende proeven waarbij waterstof zonder tussenkomst van een brandstofcel verbrand wordt in een cv-ketel. Volgens De Groot is dat uiteindelijk niet de beste optie. “Het gebruik van waterstof in brandstofcellen is veel efficiënter dan het verbranden van waterstofgas in een cv-ketel. Daar komt alleen warmte bij vrij, terwijl in een brandstofcel zowel elektriciteit als warmte worden opgewekt. Omdat de elektriciteit kan worden opgewekt op momenten dat er juist geen aanbod van duurzame energie is, is een dergelijke kleine warmtekrachteenheid heel handig om lokale elektriciteitsvraag op te vangen. In vergelijking met een elektriciteitscentrale, waar meer dan de helft van de energie aan warmte verloren gaat, is het bovendien een heel efficiënte manier om elektriciteit op te wekken.”

 

Vervoer

In andere sectoren is waterstof juist efficiënter dan de gangbare brandstoffen. Zeker in de vervoersector zijn de conversieverliezen met fossiele brandstoffen groot, omdat daar eerst warmte wordt opgewekt die vervolgens wordt omgezet in bewegingsenergie om de zuigers in een cilinder in beweging te krijgen. De brandstofcel wordt daarom juist als een verbetering gezien, omdat de omzetting van waterstof in energie direct is. Brandstofcellen in auto’s staan daarom volop in de belangstelling. “In het vervoer wordt de brandstofcel al commercieel ingezet. Zowel Toyota als Hyundai hebben commerciële modellen met een brandstofcel. Deze modellen hebben een grotere range dan gewone elektrische modellen en de kosten voor de infrastructuur zijn lager. Waterstof tanken is veel makkelijker en eenvoudiger dan elektrisch laden en het gaat vooral veel sneller.”

 

Gebruiksduur

De toepassing van brandstofcellen in vervoer loopt daarmee voor op de gebouwde omgeving. De Groot legt uit waarom. “Dat heeft vooral te maken met de gebruiksduur. Een brandstofcel in een auto heeft een gebruiksduur van gemiddeld 5.000 uur. Voor een verwarmingsketel zou dat al snel 40.000 uur zijn. In een verwarmingsketel is dus een veel betere brandstofcel nodig dan voor een auto. Voordat brandstofcellen in centrale verwarming worden toegepast moeten de kosten nog verder omlaag en moeten ze sterk verbeterd worden. Nu is er nog geen sprake van concurrentie met andere systemen, vanwege deze aspecten.”

 

Geen onderzoek

Ondanks de aandacht op dit moment voor waterstof in Nederland doet TNO op dit moment geen onderzoek naar brandstofcellen. “Bij TNO zijn we in 2010 gestopt met het onderzoek naar brandstofcellen toen de vorige waterstofhype ten eind liep. Dat is destijds een politiek besluit geweest. Internationaal is het onderzoek gelukkig gewoon doorgegaan, in Japan lopen grote programma’s met honderdduizenden brandstofcellen. En ook elders in de EU gaat het onderzoek gewoon door.” Wel doet TNO nog onderzoek naar elektrolysers, die eigenlijk het omgekeerde van brandstofcellen doen. De Groot: “Elektrolysers zetten elektriciteit om in waterstof. We doen onder meer onderzoek naar hoe we dit kunnen inzetten bij de omzetting van duurzame windenergie naar waterstofgas.”

 

Betaalbaarheid

Een belangrijke reden waarom we brandstofcellen voorlopig nog niet in de gebouwde omgeving zullen zien, is volgens De Groot de betaalbaarheid van verwarmingssystemen met brandstofcellen. Maar er zijn wel andere toepassingen van brandstofcellen in combinatie met waterstof die nu al concurrerend worden ingezet, legt hij uit. “De meest efficiënte inzet van waterstof vindt op dit moment plaats in de industrie. Dan gaat het wel om grijze waterstof, dus waterstof die gemaakt is uit aardgas. Op de tweede plek komt vervoer en pas als laatste zou je iets met waterstof kunnen doen in de gebouwde omgeving. Het duurt nog wel even voordat we zulke grote overschotten elektriciteit hebben dat we er ook echt iets mee kunnen.”

 

Piekvragen

Maar juist in de gebouwde omgeving kan waterstof in combinatie met brandstofcellen een waardevolle toevoeging zijn in het energiesysteem, legt De Groot uit. “Waterstof is een schakel in het duurzame energiesysteem. Je kunt niet alles op elektriciteit doen, want dat zorgt voor hoge piekvragen. Als je ook waterstof en de brandstofcel in kunt zetten, kun je deze pieken opvangen. Ik verwacht niet dat waterstof ons primaire energiesysteem wordt, maar het kan zeker onderdeel zijn van het grote geheel.”

 

 

Reageer op dit artikel