Informatietype:
Project
Thema:
Schone waterstofproductie
Transities en transformaties
Unit:
Energy & Materials Transition
ICT, Strategy & Policy

Met elektrolyse grootschalig groene waterstof produceren

Om de klimaatdoelen te halen, moeten we zeer bewust omgaan met de beschikbaarheid van ruwe grondstoffen. Volgens onze berekeningen is er niet genoeg voorraad voor bijvoorbeeld de hoeveelheid waterstof die we willen produceren met elektrolyse. Om de energietransitie te laten slagen, moet dat punt dus snel op de agenda komen.

De rol van waterstof in de energietransitie

Windmolens en zonnepanelen spelen een steeds grotere rol in de elektriciteitsproductie. Maar erg constant is die energieproductie niet. Er zijn altijd momenten waarop het niet waait. En in de winter als de dagen kort zijn en de zon minder krachtig is, hebben huishoudens juist een grotere energievraag.

Er is dus een grote behoefte aan het overbruggen van periodes waarin de zon en wind het af laten weten. Daarom is het erg handig dat het via elektrolyse mogelijk is om een overschot aan duurzame energie om te zetten in waterstof. Waterstof gemaakt met elektriciteit van duurzame bronnen (bijvoorbeeld zonne- en windenergie) veroorzaakt geen CO2-uitstoot. Daarbij kun je waterstof via vrachtwagens, schepen of pijpleidingen naar plekken brengen waar extra energie nodig is. Het ziet ernaar uit dat waterstof een belangrijke rol gaat spelen bij de overgang naar een duurzaam energiesysteem.

Schaarse en dure grondstoffen nodig voor elektrolyse

In het Nederlandse Klimaatakkoord is een apart hoofdstuk over waterstof opgenomen. Ook is er in ons land een programma opgestart om in de toekomst grootschalig gebruik van groene waterstof mogelijk te maken. Daar zijn heel veel elektrolysers voor nodig. Een aandachtspunt daarbij is dat elektrolysers schaarse en dure materialen bevatten, zoals platina en iridium.

Snel op zoek naar alternatieve grondstoffen

Volgens onze berekeningen zal vooral de voorraad iridium op termijn een probleem worden. Er is simpelweg niet genoeg beschikbaar om aan de vraag voor groene waterstof te voldoen. Dat is overigens nog maar één voorbeeld van de toepassing van iridium. Het wordt ook in andere toepassingen gebruikt dus het tekort is in werkelijkheid alleen maar groter. Daarnaast is iridium niet het enige schaarse materiaal. In Nederland en in de rest van Europa zullen we dus snel op zoek moeten naar alternatieve grondstoffen en technologieën om het tekort aan deze schaarse materialen op te lossen.

3 oplossingsrichtingen tegen grondstoffenschaarste

Voor het produceren van waterstof heb je een elektrolyser nodig. Bij de ontwikkeling van de elektrolyser valt veel winst te behalen. Onze oplossingsrichtingen zijn daar dan ook op gericht. We onderscheiden 3 typen oplossingen: afhankelijkheid van kritieke grondstoffen verlagen, het gebruik van de huidige elektrolyzers intensiveren, en kritieke grondstoffen recyclen

De 3 bovenstaande oplossingsrichtingen hebben uiteenlopende impact op onze groene ambities. Uit ons onderzoek blijkt dat richting 1 het meest effectief is.

Belangrijk om aan te merken is dat geen van de richtingen op zichzelf het grondstoffenprobleem oplost. Daarvoor is het probleem te groot en complex. Maar willen we de waterstofontwikkelingen tot een succes maken, dan moeten we verder inslaan op de route die we via de 3 oplossingsrichtingen geschetst hebben.

1. Afhankelijkheid van kritieke grondstoffen verlagen

Voor deze oplossing ontwerpen we de elektrolyzer zodanig, dat deze minder iridium nodig heeft om waterstof te produceren. Deze techniek staat bekend als Atomic Layer Deposition. Hierbij brengen we het materiaal in dampvorm in extreem dunne laagjes aan. Zo hebben we ongeveer 15 keer minder iridium nodig.

2. Het gebruik van de huidige elektrolyzers intensiveren

Je haalt meer uit een elektrolyzer door bijvoorbeeld de stroomdichtheid te vergroten. Daarmee produceer je meer waterstof. Een andere mogelijkheid is om de levensduur van een elektrolyzer te verlengen.

3. Kritieke grondstoffen recyclen

Er zijn meerdere manieren om de gebruikte ruwe grondstoffen te hergebruiken. Welke manier je toepast, hangt af van het type elektrolyzer en grondstof. Hydro metallurgische behandeling en selectieve elektrochemische dissolutie zien wij als twee effectieve benaderingen.

TNO doet er alles aan om bij te dragen aan de energietransitie. Daarbij hebben we nauw contact met de industrie en Nederlandse en Europese beleidsmakers. Ook werken we samen met partijen die een bijdrage kunnen leveren aan het grondstoffenprobleem.

Op weg naar een groene toekomst deel 1

Meer weten over de analyse van het grondstoffenprobleem? Lees deel 1 van onze research paper ‘Hoe grondstoffenschaarste onze ambities voor groene waterstof en de energietransitie als geheel belemmeren’.

Op weg naar een groene toekomst deel 2

Meer weten over de oplossingsrichtingen voor het grondstoffenprobleem? Lees deel 2 van onze research paper ‘Hoe we grondstoffenschaarste kunnen voorkomen en onze ambities voor groene waterstof kunnen verwezenlijken’.

Podcast ‘Kritieke materialen’

Meer weten over de schaarste van cruciale grondstoffen voor de energietransitie? Luister naar de podcast 'Kritieke materialen' met TNO-expert Sara Wieclawska en Mohammed Chahim (Vice-president S&D verantwoordelijk voor de European Green Deal).

Laat je verder inspireren

Er zijn geen resultaten voor deze selectie.