Voor het proces van waterstofproductie zijn goede elektrolysers nodig, een apparaat dat elektrische energie gebruikt om water te splitsen in zijn componenten waterstof (H2) en zuurstof (O2). Nu de capaciteit van elektrolysers is opgeschaald neemt de vraag naar de grondstoffen die ervoor nodig zijn toe, maar deze zijn al schaars. En daarmee ook de milieudruk. TKI Urban Energy heeft een routekaart gemaakt die moet dienen als middel om elektrolysers meer circulair en toekomstbestendig te maken.

De routekaart bevat een dringende oproep aan de sector: kom gezamenlijk in actie om de doelen van de routekaart te bereiken. Door nu in actie te komen kan de Nederlandse maakindustrie een voorsprong opbouwen en zich onderscheiden. Daarmee kan worden gebouwd aan een robuuste, innovatieve en duurzame sector en helpen we om de energietransitie te versnellen.

In de routekaart wordt verder toegelicht waar waterstof allemaal voor kan dienen: onder als grondstof in de chemische industrie, als brandstof voor de opwekking van hogetemperatuurwarmte, voor zwaar vervoer en ten behoeve van energieopslag. Op het gebied van elektrolyse zijn er verschillende technologieën beschikbaar en ook in ontwikkeling. De meest voorkomende zijn Alkalische Water Elektrolyse (AWE) en Proton Exchange Membrane Elektrolyse (PEM).

AWE is volgens de onderzoekers de meest toegepaste technologie omdat het een robuust karakter heeft en door de jaren heen haar betrouwbaarheid heeft bewezen. De PEM-technologie staat ook hoog aangeschreven omdat het flexibel inzetbaar is en goed kan inspelen op het fluctuerende aanbod van elektriciteit uit wind en zon.

Waterstof kan namelijk een hele goede energiedrager zijn voor allerlei industriële processen en zelfs voor de transportsector, maar dan moet deze wel op een goede manier worden gemaakt. Als hiervoor duurzame energie wordt gebruikt zoals zonne- of windenergie is er sprake van groene waterstof, de meest duurzame variant van waterstof. Ook zou waterstof in de toekomst kunnen worden gebruikt om overtollige energie van zonnepanelen voor langere tijd op te slaan. 

Balance of Plant componenten

De routekaart zet de volgende doelen uiteen om de elektrolysers meer circulair te maken. Voor de doelen staat een termijn van vijf tot zeven jaar. Het verdienvermogen van de Nederlandse maakindustrie op het gebied van elektrolyse, die zich sterk aan het ontwikkelen is, moet versterkt worden. Ook moet de afhankelijkheid van schaarse grondstoffen[gd1] , die voor elektrolysers nodig zijn, verlaagd worden. Nederland en Europa zijn op die manier weerbaarder tegen verstoringen van internationale aanvoerketens. Tevens moet de milieubelasting verlaagd of vermeden worden, evenals de klimaatimpact van het gebruik van grondstoffen in bredere zin, zoals bij componenten van PFAS. Het behalen van deze doelen vraagt volgens de onderzoekers een gezamenlijke inspanning van de hele sector.

De circulaire oplossingen voor de elektrolysers zijn in kaart gebracht aan de hand van de Balance of Plant (BoP) componenten. Dat zijn alle materialen die nodig zijn om waterstof te maken met de gewenste kwaliteitseisen. Denk daarbij aan waterstofzuivering en waterbereiding. Er zijn in totaal achttien oplossingen geïdentificeerd, die vervolgens geselecteerd zijn op urgentie, verwacht draagvlak en mogelijke impact. Daar zijn vervolgens weer drie hoofdoplossingen uit gekomen.

Ten eerste de Strategie Refuse PFAS. Zoals de naam al aangeeft is deze voornamelijk gericht op het vermijden van het gebruik van PFAS en het verlagen van de milieubelasting en het bouwen van kansrijke businessposities. Het ontwikkelen van PFAS-vrije alternatieven brengt uitdagingen met zich mee, zoals het vinden van geschikte materialen voor afdichtingen en membranen met de juiste eigenschappen op het gebied van elasticiteit, temperatuurbestendigheid en chemische resistentie. Hergebruik en recycling van PFAS is ook een aandachtspunt.

Hoewel enkele bedrijven al interesse tonen in PFAS-vrije alternatieven, is het overgrote deel nog niet actief bezig met deze transitie. De verwachte Europese en nationale regelgeving maakt het echter noodzakelijk om op korte termijn actie te ondernemen.

Ten tweede is er de Circulaire oplossing low-Ir PEM met hoge efficiëntie. Deze circulaire oplossing richt zich op het ontwikkelen van een PEM-elektrolyser met een fors verlaagde iridium-load, terwijl een lange levensduur en hoge efficiëntie behouden blijven. De huidige PEM-technologie vereist een hoge iridium-load voor optimale prestaties, maar dit brengt hoge kosten en schaarste met zich mee. Deze circulaire oplossing speelt een cruciale rol in de duurzame toekomst van PEM-elektrolysers.

Ten derde is er nog de Circulaire oplossing verlenging levensduur. Deze circulaire oplossing richt zich op het ontwikkelen van PGM-vrije AWE-elektrolysers met een lange levensduur en hoge efficiëntie. Huidige AWE-elektrolysers maken gebruik van schaarse en dure platinagroep metalen (PGMs), zoals iridium en platina. PGM-vrije alternatieven zijn minder efficiënt en degraderen sneller, waardoor technologische innovaties nodig zijn om een stabiel rendement te garanderen. Deze circulaire oplossing is essentieel voor de toekomst van waterstofproductie en draagt bij aan een robuuste en concurrerende Europese industrie

Integrale sectoraanpak

Volgens de makers van de routekaart is er een integrale sectoraanpak nodig, waarin bestaande initiatieven de basis vormen en versneld worden door de acties die in de routekaart worden voorgesteld. Door de circulaire oplossingen naast de werkplannen en resultaten van anderen, al uitgevoerde programma’s te leggen, ontstaat inzicht in de mate waarin hieraan gewerkt wordt en welke voortgang wordt bereikt.

Verder adviseren de onderzoekers om zicht te hebben op circulaire oplossingen waar verschillende bedrijven die zich op de productie van aan werken. Het is van belang om een totaalbeeld te hebben.  Ook moeten de bedrijven in kaart worden gebracht die aan circulaire oplossingen werken, inclusief doelen, oplossingen en timing. Tevens moet er brede ondersteuning komen voor betrokken stakeholder-engagement, zodat de sector eerder kan profiteren van de gerealiseerde doelen.

Tot slot moet er ondersteuning komen om de geïdentificeerde ‘gaps’ in te kunnen vullen via gerichte subsidieinstrumenten. Daarnaast is het raadzaam om nationaal en ook Europees beleid proberen te beïnvloeden gericht op bevordering van circulariteit.