Nieuwe faciliteit maakt veilig testen vloeibare waterstof mogelijk

Propeller op stroom uit waterstof

AeroDelft heeft als eerste studententeam ter wereld een compleet kleinschalig elektrisch aandrijfsysteem voor vliegtuigen gebouwd met vloeibare waterstof als energiebron. De opstelling werd onder begeleiding van TNO getest op de TNO Ypenburg locatie die speciaal voor experimenten met vloeibare waterstof is ingericht.

Het resultaat: een succesvol werkende propeller op stroom uit een brandstofcel, gevoed door verdampte vloeibare waterstof. Een mijlpaal voor het team, en ook belangrijk voor TNO.

“We hebben kunnen laten zien wat er allemaal mogelijk is met ons nieuwe dedicated testlab”, zegt Joke Luyten, die als projectmanager bij het testprogramma betrokken is. “De AeroDelft-case krijgt nu veel aandacht, maar we testen nog veel meer andere toepassingsgebieden op basis van vloeibare waterstof, zoals maritieme transport en aandrijvingen, industriële opslag en defensietoepassingen."

"Dat kan omdat de testopstelling zo flexibel is. Het mooie is dat verschillende TNO-units ermee uit de voeten kunnen, zoals Mobility & Built Environment, Defence, Safety & Security en Energy & Materials Transition.”

Hoe test je een aandrijfsysteem bij -253 °C?

TNO voert al veel langer cryogene testen uit met vloeibare stikstof, waarmee temperaturen tot -196 °C bereikt worden, bijvoorbeeld om LNG-slangen te beproeven. Met de nieuwe vloeibare-waterstof-testfaciliteit gaat TNO een stap verder.

Voor de studenten van AeroDelft was het belangrijk dat zij hun innovatieve aandrijfsysteem konden testen met vloeibare waterstof onder realistische omstandigheden. Dit brengt unieke technische en veiligheidsuitdagingen met zich mee, zoals opslag bij -253 °C en het gecontroleerd opwarmen naar kamertemperatuur.

Het team had het systeem al wel getest met gasvormige waterstof, maar om de complete energieketen — van opslag tot energieopwekking — onder reële condities te valideren, was een test met vloeibare waterstof nodig. Die hebben ze veilig kunnen uitvoeren in de gespecialiseerde testfaciliteit van TNO.

Hydro Motion: varen op vloeibare waterstof

Ook het TU Delft Hydro Motion team heeft al gebruikgemaakt van de testfaciliteit. De boot die de studenten hebben gebouwd, is uitgerust met een op maat gemaakte cryogene tank, ontworpen voor de veilige opslag van vloeibare waterstof. In de voorbereiding zijn de hoogwaardige tankconstructie en integratie met het energiesysteem gevalideerd met de faciliteiten en expertise van TNO in Ypenburg.

Veilig experimenteren onder dynamische omstandigheden

Vanwege de extreem lage temperatuur van vloeibare waterstof en de brandbaarheid stellen tests met deze energiedrager bijzondere eisen aan veiligheid, infrastructuur en expertise.

De testlocatie van TNO is ingericht voor experimenten met vloeibare waterstof. Denk aan het beproeven van onder meer motoren, kleppen, afdichtingen, composiettanks en leidingen. “Hier kunnen we veilig vloeibare waterstof opslaan en er tests mee uitvoeren in een gecontroleerde omgeving, waar de klant zelf kan meekijken”, zegt John Zevenbergen, die als specialist Process Safety Solutions betrokken is bij de experimentele beproeving.

“De faciliteit beschikt over geavanceerde veiligheidsmaatregelen, waaronder lekdetectie, gecontroleerde ventilatie en een speciale vent stack om gas dat vrijkomt op veilige hoogte af te voeren. Er komt geen zuchtje waterstof vrij zonder dat we dat willen.”

Van kleinschalige tests naar standaard

De huidige cryogene testfaciliteit is kleinschalig opgezet, maar vormt een belangrijke eerste stap. TNO onderzoekt samen met partners hoe de faciliteiten kunnen meegroeien met de vraag.

“We willen samen met klanten toewerken naar een situatie waarin deze tests onderdeel worden van een standaard validatieproces voor vloeibare waterstoftoepassingen”, zegt Richard Pijpers, die als business developer Safe & Sustainable Maritime & Offshore onderzoeksconsortia opzet op het gebied van alternatieve brandstoffen voor schepen en energieopwekking op zee.

Pijpers: “We kunnen dan ook mechanische tests doen met waterstoftechnologie, bijvoorbeeld om slijtage en veroudering van constructies te onderzoeken. Denk aan tests met wisselende belasting op een constructie, zoals trillingen en drukschommelingen. Zo kun je onderzoeken of bijvoorbeeld kleppen van waterstofopslagtanks of -leidingen gesloten blijven onder dynamische omstandigheden.”

Zulke realistische testopstellingen, waarin verschillende belastingen worden gecombineerd, zijn in de praktijk nog beperkt beschikbaar, zeker op grote schaal. Pijpers: “Daarom willen we gericht faciliteiten ontwikkelen om die tests voor waterstof, ammoniak en andere duurzame energiedragers mogelijk maken. En dan niet alleen mechanische testen, maar bijvoorbeeld ook elektrolyser- en motortesten. Dat is een stap richting de toekomst die we TNO-breed willen oppakken.”

Ook testen?

Ben je bezig met de ontwikkeling van technologie of toepassing op basis van vloeibare waterstof? En wil je die kunnen testen in een omgeving waarin je veilig, gecontroleerd en praktijkgericht kunt experimenteren? Neem dan contact met ons op. Samen verkennen we hoe onze faciliteiten jouw innovatie verder kunnen brengen.