Elektrolysers: De sleutel tot de waterstofrevolutie

De energietransitie is in volle gang en waterstof speelt hierin een onmiskenbare rol. De overheid erkent het strategische belang van waterstof in de energietransitie en zet zich actief in om dit te ondersteunen. Dit zien we terug in een recente Kamerbrief [1] van minister Sophie Hermans en staatssecretaris Chris Jansen. Hierin benadrukt het kabinet vier pijlers: duidelijke wet- en regelgeving, betrouwbare infrastructuur, opschaling van import en productie, en een robuust beleidskader voor koolstofarme waterstof.

Investeren in waterstofproductie
Deze visie onderstreept waarom het nodig is om te investeren in waterstofproductie. Door elektrolysetechnologie verder op te schalen, kan Nederland niet alleen zijn klimaatdoelen realiseren, maar ook zijn internationale positie als koploper in duurzame technologie versterken. De productie van waterstof begint met efficiënte elektrolysers. In het groeifondsprogramma NXTGEN Hightech wordt in diverse projecten gewerkt aan het verbeteren van diverse elektrolyser technologieën. We streven ernaar om met onze Nederlandse bedrijven een aantal unieke posities te verwerven in de internationale waterstof waardeketen.

In dit artikel lees je meer over de rol van elektrolysers in waterstofproductie, de verschillende focustechnologieën, de uitdagingen en innovaties, en hoe we vanuit NXTGEN Hightech onze bijdrage leveren aan een duurzame toekomst.

Wat zijn elektrolysers en waarom zijn ze belangrijk?

Waterstof is geen natuurlijke grondstof; het moet geproduceerd worden. Een van de meest duurzame manieren om dit te doen is via elektrolyse. Hierbij splitsen elektrolysers water (H₂O) in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂) met behulp van elektriciteit. Door gebruik te maken van groene stroom – bijvoorbeeld van zonneparken of windparken – kan dit proces volledig duurzaam worden uitgevoerd.

De mogelijkheden met elektrolysers zijn divers. Denk aan offshore-toepassingen, waar waterstof direct vanaf de bron wordt geproduceerd, of aan industriële setting waar fossiele brandstoffen vervangen worden door schone energie. Elk van deze toepassingen vraagt om specifieke technologie en maatwerk.

Verschillende types elektrolysers

Elektrolysers zijn er in verschillende vormen en maten. De keuze voor een elektrolyser hangt af van de toepassing, energiebron en operationele eisen. Hier zijn de belangrijkste technologieën waar we binnen NXTGEN Hightech in Nederland aan werken:

1. PEM-elektrolysers
   PEM (Proton Exchange Membrane)-elektrolysers zijn zeer flexibel en geschikt voor wisselende energie-input, zoals van windparken. Ze bevatten echter zeldzame materialen zoals iridium, wat de productie kostbaar maakt. Toch zijn ze ideaal voor situaties waar flexibiliteit cruciaal is.
2. Alkaline-elektrolysers
   Alkaline-technologie is robuust en bewezen. Deze elektrolysers worden vaak gebruikt in industriële omgevingen waar een stabiele stroomvoorziening beschikbaar is. Hoewel ze minder flexibel zijn dan PEM-elektrolysers, zijn ze goedkoper.
3. Solid Oxide Elektrolysers (SOE)
   Deze technologie maakt gebruik van hoge temperaturen (+-500-800 °C) en restwarmte, waardoor het proces extreem efficiënt kan zijn. Hoewel nog niet volledig commercieel, biedt SOE veelbelovende mogelijkheden voor toepassingen met industriële warmte.

Naast de meer gevestigde systemen zijn er innovatieve technologische oplossingen in ontwikkeling, zoals:

1. AEM-elektrolysers (Anion Exchange Membrane): Ideaal voor kleinschalige toepassingen, zoals op bedrijventerreinen of in decentrale energienetwerken.
2. CO2-electrolyzers: Deze technologie gebruikt CO2 als grondstof en produceert naast waterstof ook andere producten zoals methanol. Hiermee wordt niet alleen CO2-uitstoot voorkomen, maar ook actief CO2 uit de lucht gehaald.

Uitdagingen en innovaties

De huidige generatie elektrolysers kent nog uitdagingen. Hoge kosten, afhankelijkheid van zeldzame materialen en beperkte productievolumes remmen grootschalige toepassing. Innovatie richt zich daarom op efficiëntere ontwerpen, duurzamere materialen en schaalvoordelen.

De komende jaren verwachten experts aanzienlijke verbeteringen. In de tweede generatie-elektrolysers zien we al een mooie efficiëntieslag. Daar werken we bijvoorbeeld in ons NXTGEN project 7 ‘Phoenix Alkalina’ onder leiding van VDL Hydrogen Systems aan. Een van de doelen is bijvoorbeeld de CAPEX van H2 converter systemen te verlagen door een modulair platform concept en bijhorende efficiënte productieconcepten te ontwikkelen. Daarmee kan een grote variabiliteit aan systemen tegen relatief lage kosten gebouwd worden.

We verwachten dat de derde generatie elektrolysers fundamenteel nieuwe ontwerpen en technologieën gaan bevatten, die de markt echt gaan veranderen. Vanuit het NXTGEN project 8 ‘Third generation Electrolyzers’ onder leiding van TNO focussen we ons op het radicaal herontwerpen van elektrolyzers. Daarbij wordt gebruik gemaakt van geavanceerde nanotechnologieën en op maat gemaakte microstructuren om optimale procesefficiëntie te bereiken. Deze aanpak leidt tot een drastische vermindering van het energie- en materiaalverbruik en de kosten.

Elektrolysers: De ruggengraat van een groene toekomst

Elektrolysers vormen de basis van de waterstofeconomie. Ze bieden de mogelijkheid om groene energie om te zetten in een veelzijdige en schone energiedrager. Van grootschalige industriële toepassingen tot decentrale oplossingen: elektrolysers maken het mogelijk om waterstof duurzaam te produceren en fossiele brandstoffen te vervangen.

Met Nederland als koploper in innovatie en de vastberadenheid om klimaatdoelen te halen, is de toekomst van elektrolysers veelbelovend. Samenwerking tussen het bedrijfsleven, kennis- en onderzoeksinstellingen, de overheid en partners zoals samenwerkingsplatformen en brancheverenigingen is cruciaal om deze technologie verder te ontwikkelen en de ambities voor 2030 te verwezenlijken. Dat is waarom het werk dat wordt verricht in de NXTGEN Hightech Energy projecten zo belangrijk is.  Elektrolysers zijn niet alleen een stukje technologie; ze zijn het hart van de waterstofrevolutie.

Foto: “Industry of the Future – Made Possible with Copilot”

[1] https://www.eerstekamer.nl/behandeling/20241210/brief_regering_voortgang/document3/f=/vmj34pk325yj.pdf