Nederland: XINTC presenteert unieke schaalbare electrolyser zonder kostbare metalen

In Kootwijkerbroek, in het Midden van Nederland, werd begin december een wereldwijd unieke elektrolyser gepresenteerd. De ontwikkelaars noemen het geen PEM- of alkaline elektrolyser, voor de stacks zijn geen kostbare metalen nodig en het systeem is in kleine stappen modulair opgebouwd. Stuk voor stuk unieke eigenschappen. Hoofdredacteur Paul Bombeld van Waterstof Magazine gaat op bezoek bij het H2 Experience Center van XINTC dat is gekoppeld aan een zonnepark met meer dan 40-duizend panelen en wil weten waarom dit waterstofproductiesysteem als ‘wereldwijd uniek’ wordt gepresenteerd. CEO Wilko van Kampen van XINTC geeft antwoord.

We beginnen bij het begin. De stroom voor de electrolysers komt bij deze opstelling uit een zonnepark en dat betekent dat de toevoer van energie sterk kan fluctueren. Wat betekent dat voor dit  systeem?

“Onze elektrolyser is ontworpen voor koppeling met fluctuerende energiebronnen, zoals zon en wind of een combinatie van beiden. De basisgedachte is dat de gasmodules (de stacks) op en af moeten kunnen schakelen, met iedere gewenste frequentie en zo vaak als nodig, om alle energie uit het zonneveld nuttig te kunnen aanwenden voor het elektrolyseproces. Bij andere stacks neemt de prestatie over de tijd af en zijn revisies onontbeerlijk. Zo niet bij XINTC. Onze gasmodules kunnen honderdduizenden keren schakelen zonder noemenswaardige achteruitgang in prestatie. Verder is de koppeling tussen het zonneveld en de elektrolyser direct. Dat wil zeggen dat er geen optimizers, omvormers en batterijen nodig zijn om de stroom te conditioneren. Dus naast het ontbreken van dure vermogenselektronica, levert de XINTC elektrolyser meer waterstof productie per m2 geïnstalleerd zonnepark.

Hoe zuiver moet het aanvoerwater zijn?

“Bij ons systeem is oppervlakte water, bronwater of hemelwater geschikt voor inname. XINTC elektrolysers zijn volledig geïntegreerde systemen. Iedere electrolyser heeft standaard één waterreinigingsunit. Bij sterker verontreinigd water, plaatsen we een tweede unit in serie. Als er onverhoopt te veel verontreiniging van biologische oorsprong in het water zitten, dan plaatsen we een extra filter.”

XINTC bouwt losse modules die geschakeld kunnen worden tot een groot systeem. Waarom is daarvoor gekozen?

“Onze elektrolysers zijn feitelijk multi-core systemen, waarbij vele kleinere gasmodules samenwerking. Iedere gasmodule heeft een individuele taak, maar gezamenlijk leveren ze de prestatie die de klant wil. Een gasmodule heeft een nominaal vermogen van 5 kW, met een afgeregeld piekvermogen van 6,5 kW. Gekoppeld aan een directe DC-bron is de gasmodule in staat meer vermogen te dissiperen. Bij aansluiting op een AC-bron is de optionele AC/DC omvormer begrensd op het nominaal vermogen van de gasmodule. Onze elektrolysers zijn gecontaineriseerd. 30 gasmodules samen vormen wat wij noemen een systeemsectie. Dit zijn de capaciteits-bouwblokken van een elekytrolysersysteem. Een sectie heeft een vermogen van 150 kW nominaal en 200 kW piek. Een volledig gevulde 40ft container (Gas Production Module) heeft plaats voor maximaal 8 secties, waarmee het vermogen 1,2 MW nominaal en 1,6 MW piek bedraagt. Deze GPMs zijn schaalbaar tot ieder gewenste capaciteit.”

Als we een willekeurige module openen, wat zien we dan?

“Je zult ze dan doormidden moeten zagen omdat de kunststof gasmodules volledig gas en vloeistof dicht zijn. Ze zijn dus niet demontabel. Maar door hun welhaast onbegrensde levensduur is dat ook niet nodig. Intern zie je een landschap van vloeistof en vloeistof/gas kanalen, de elektroden en een diafragma die de zuurstofbelletjes en waterstofbelletjes uit elkaar houdt. Dat samenspel van vloeistof/gas stromen (geometrie), elektroden en diafragma maken de gasmodule uniek. We moeten daarbij wel vermelden dat stuurelektronica op de kop van de gasmodule het elektrochemische proces in de gasmodule heel precies aanstuurt.”

Worden er helemaal geen kostbare metalen in de stacks gebruikt of minder dan in de PEM en alkaline stacks?

“Nee, helemaal geen kritische materialen. Noch het elektrode materiaal, noch de overige materialen en componenten van de gasmodule kunnen bestempeld worden als kostbaar of kritisch, dat wil zeggen: moeilijk verkrijgbaar.”

Wat betekent het voor de kostprijs? 

“XINTC wil elektrolysers bouwen die overal ter wereld waterstof produceren tegen de laagst mogelijke productiekostprijs, ongeacht de energiebron en ongeacht de gewenste zuiverheid van het waterstof. Er wordt veel gesproken over CAPEX en OPEX, maar feitelijk draait het om de TCO of beter gezegd LCOH. De klant wil weten wat zijn waterstof gaat kosten over de totale levensduur van de installatie. CAPEX gaat over de aanschafkosten en installatiekosten van een elektrolyser. De prijzen van edele (zeldzame) metalen, zoals in veel elektrolysers toegepast, stijgen naarmate er meer vraag naar komt en stuwen de CAPEX dus op. Maar ze drukken ook zwaar op de OPEX als gevolg van de kosten van noodzakelijke revisiebeurten en de afnemende prestaties na ingebruikstelling.

Onze berekeningen tonen aan dat een XINTC systeem in alle opzichten groene waterstof goedkoper produceert dan concurrerende technologieën.”

Na electrolyse wordt waterstof opgeslagen in een enorme halve bal. Dit is absoluut een blikvanger, maar waarom kiest u voor opslag onder lage druk en niet zoals de concurrentie voor opslag onder hoge druk?

“Veel toepassingen in het middensegment van de markt, waar XINTC zich op richt, hebben voldoende aan waterstof van maximaal 0,5 bar(g) en 99,5% zuiverheid. Uit de wetenschappelijke literatuur is bekend dat elektrolyse onder atmosferische omstandigheden efficiënter verloopt dan onder druk. Daarbij komt dat elektrolyse onder druk veel technische uitdagingen oplevert en alleen met dure procestechnologie beheersbaar en veilig kan plaatsvinden. Dat is de reden dat XINTC kiest voor de productie van atmosferisch waterstof. Daaraan is gekoppeld onze Hydrogen Storage Module, de half sferische kunststof bol, die waterstof tegen betrekkelijk lage kosten, veilig kan opslaan. Voor die klanten die waterstof in een hogere kwaliteit dan 99,5% zuiverheid willen en/of in een hoger uitvoerdruk, levert XINTC een Compression & Purification Module. Deze eveneens standaard plug-and-play module kan de waterstof opwaarderen naar fuel grade kwaliteit (99,999% zuiverheid) en 13 bar(g) druk. Bij elkaar opgeteld, levert deze combinatie niet alleen meer flexibiliteit voor de klant, maar wordt er ook bespaard op energieverbruik, aanschaf- en onderhoudskosten.”

Om een waterstofproductiebedrijf op het gebied van rendement te optimaliseren, zoeken veel initiatiefnemers naar een bestemming voor de restproducten warmte en zuurstof. Hebben jullie daarover nagedacht?

“Ja zeker. Het nuttig gebruik van restwarmte wordt vaak overdreven, maar wel opgevoerd om het rendement op te schroeven. Hoge temperatuur restwarmte ontstaat als gevolg van hoge interne weerstand in de stack die dan overigens met een hoge temperatuur voedingswater enigszins gedempt kan worden. De hoge temperatuur werkt nadelig op de levensduur van toegepaste materialen. Wij doen het anders, het XINTC systeem werkt op maximaal 45 graden Celsius in plaats van 90 – 95 graden bij metalen stacks. Het is een ontwerpkeuze in het licht van Total Cost of Ownership.  XINTC koelt zijn gasmodules niet met water, maar met omgevingslucht. Daarom zie je op het dak van de systeemmodules ook geen koeltorens die zo kenmerkend zijn voor elektrolysers.

Zuurstof is een zeer delicaat en zelfs extreem gevaarlijk gas. Wij kiezen er in eerste instantie voor om de zuurstof gecontroleerd naar de atmosfeer af te blazen. We nemen wel in overweging op een later moment een standaard optie aan te bieden die de zuurstof afvangt.”

Wat zijn de plekken waar we in de toekomst de installaties van XiNTC kunnen verwachten?

“We hopen overal ter wereld, omgeven door zonnevelden of dicht bij clusters van windmolen. Waterstof is goedkoper te transporteren via een ondergrondse pijpleiding dan elektriciteit via een koperen kabel, vandaar dat decentrale opstelling van elektrolysers en die van XINTC in het bijzonder dicht bij de energiebronnen zouden moeten staan. Momenteel ontvangen we veel belangstelling vanuit alle uithoeken. Ze hebben we allemaal één ding gemeen: projecten beginnen relatief klein om daarna op te schalen. Daarvoor biedt XINTC de juiste bouwstenen.”

Zelf een kijkje nemen bij het XINTC H2 Experience Center doet u via deze link

Lees ook: nederland-wereldrecord-bouw-van-nieuw-werkschip-op-waterstof-duurt-slechts-een-half-jaar