Techniek&innovatie

Door opslaan in droge vorm kun je nadelen omzeilen


Varen op waterstof is nog een hele uitdaging

Branche: Binnenvaart, Scheepsbouw, Zeevaart | Auteur: Erik van Huizen | Publicatiedatum:

De uitstoot van schadelijke emissies in de scheepvaart moet verminderen. Zelfs de landen verenigd in de International Maritime Organization (IMO) zijn het daar onlangs over eens geworden. Elektrisch varen zou een uitkomst kunnen zijn. Om de benodigde elektriciteit daarvoor te kunnen genereren, kan waterstof in combinatie met een brandstofcel worden gebruikt. Varen op waterstof kent naast de vele voordelen echter ook een aantal nadelen.

Een van de experts op het gebied van de waterstoftechnologie is Klaas Visser, universitair docent scheepsbouw en scheepsontwerp aan de TU Delft. Hij kwalificeert de waterstoftechnologie als “bijna te mooi om waar te zijn” en zegt elke dag wel ergens in Europa een workshop te kunnen geven over het gebruik van waterstof. Dat komt doordat de technologie veelbelovend is als het gaat om het voorkomen van schadelijke emissies. Ook is de bedrijfszekerheid groot.

Visser: “Bij het gebruik van waterstof komen geen schadelijke emissies als broeikasgassen, zwavel, roet, NOx en fijnstof vrij. En de brandstofcel heeft een hoge efficiency, een laag brandstofverbruik en is stil in het gebruik. Ook heeft de brandstofcel minder, en geen bewegende onderdelen. De brandstofcel is dus in feite solid state en in potentie onderhoudsvrij. Dat betekent minder kosten voor onderhoud. In vergelijking met de huidige brandstofmotoren is voor de brandstofcel minder serieproductie nodig. Hierdoor is het sneller te implementeren. Ook al omdat de PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) brandstofcel al beschikbaar is in auto’s.”

 Nadelen

Het is echter niet alleen maar rozengeur en maneschijn als het gaat om het gebruik van waterstof in de scheepvaart. Zo moet de waterstof onder een hoge druk van tussen de 350 en 700 bar worden opgeslagen onder de extreem lage temperatuur van -253 graden Celsius. Dat zorgt voor explosiegevaar en maakt de certificering van de schepen ingewikkeld.

‘De regelgeving maakt het gebruik van waterstof in de scheepvaart nu nog moeilijk’

Regelgeving staat volgens Vissers collega Jaco Reijerkerk van de TU Delft een snelle invoering van het gebruik van waterstof in de scheepvaart dan ook voorlopig nog in de weg. “De technische oplossing is er al, maar de regelgeving maakt het gebruik van waterstof in de scheepvaart nu nog moeilijk. Het is eigenlijk hetzelfde probleem als het gebruik van LNG in de scheepvaart had.”

Ook is er erg veel waterstof nodig om te kunnen varen. Reijerkerk berekende dat voor een reis van 65 uur met een binnenvaartschip rond de 37.500 liter aan waterstof en een vermogen van 750 kW nodig is. Omdat de prijs van de PEMFC brandstofcel tot € 1.000 per kW kan oplopen, betekent dat nu nog een hoog prijskaartje. Maar Reijerkerk verwacht dat de prijs van de brandstofcellen in de toekomst kan dalen tot € 50 per kW.

Ook is het nog de vraag hoe lang de levensduur van een brandstofcel is. “Ervaringen met waterstof in auto’s zijn er al wel. Maar voor een auto is een levensduur van 5000 uur voldoende, dat is heel wat anders dan de 250.000 uur van een schip. Desondanks is waterstof een robuuste en simpele technologie. Maar we moeten nu gaan opschalen. Toyota produceert nu 3.000 waterstofauto’s per jaar, Volkswagen 1.000 personenauto’s van het type Golf per dag. Dat geeft wel aan dat er nog veel moet gebeuren.”

Opslaan in droge vorm

Een van de oplossingen om de nadelen van het gebruik van waterstof in de scheepvaart te omzeilen, zou het opslaan van waterstof in de stof natriumboorhydride (NaBH4) kunnen zijn. Het bedrijf H2Fuel is hiermee aan het experimenteren. In de uitvinding van het bedrijf wordt waterstof opgeslagen in droge vorm, als een slurry of als een vloeistof.

Door het toevoegen van een bepaalde hoeveelheid ultra pure water (UPW/H2O) kunnen deze verschillende vormen worden bereikt. Een activator, bijvoorbeeld sterk verdund zoutzuur, brengt vervolgens een reactie tot stand. Deze reactie vindt binnen enkele seconden plaats en hierbij komt niet alleen de waterstof uit de natriumboorhydride vrij (4H), maar ook dezelfde hoeveelheid (4H) uit het water. De brandstofcel kan deze waterstof vervolgens gebruiken voor het produceren van elektriciteit. De waterdamp die vrijkomt wordt opgevangen en kan na filtering tot UPW opnieuw worden gebruikt. Het rendement dat hiermee wordt behaald, is volgens H2Fuel 98 procent.

‘Door het opslaan van waterstof in droge vorm is een verdrievoudiging van de actieradius mogelijk’

Jan Willem Kelder van H2Fuel maakt de voordelen van zijn product duidelijk met voorbeelden uit de auto-industrie. “Nu hebben de waterstofauto’s een tank van 125 liter waarin vijf kilo waterstof onder een druk van 700 bar is opgeslagen. Hiermee kan de auto een afstand afleggen van 500 kilometer. Dezelfde auto krijgt met dezelfde tank, maar dan gevuld met H2Fuel, een actieradius van 1500 kilometer.”

Energy Observer

Een van de schepen die al volledig op waterstof vaart, is de Energy Observer. Deze catamaran die ooit zeeraces zeilde is daarvoor helemaal omgebouwd. De Energy Observer is in mei vorig jaar begonnen met een reis van zes jaar rond de wereld. Tot 2022 legt de catamaran 101 keer op verschillende plekken aan, variërend van grote hoofdsteden tot historische havens en natuurreservaten. Doel is te laten zien wat allemaal mogelijk is met hernieuwbare energie. De initiatiefnemers worden dan ook ondersteund door Unesco.

De Energy Observer maakt zelf waterstof aan boord. Daarvoor gebruikt het zeewater dat aan boord wordt gereinigd. Om de benodigde elektriciteit voor het maken van de waterstof te genereren, heeft de catamaran zo’n 130 vierkante meter aan zonnepanelen aan dek, evenals twee windturbines. Ook is er een vlieger aan boord als milieuvriendelijk hulpje om het ‘brandstofverbruik’ van de twee elektromotoren zo laag mogelijk te houden. Dit alles moet ervoor zorgen dat het schip energieneutraal kan varen zonder schadelijke uitstoot van CO2 of fijnstof.

Binnen- en zeevaart

Maar ook anderen zijn bezig om te kijken wat waterstof kan betekenen voor de scheepvaart. Zo is logistiek dienstverlener Nedcargo aan het onderzoeken hoe binnenvaartschepen elektrisch kunnen gaan varen. Nedcargo bracht vorig jaar al de diesel-elektrische Gouwenaar II in de vaart. Een derde Gouwenaar staat op stapel (zie ook het interview met Chris Kornet in deze editie, red.).

Nedcargo onderzoekt twee opties om dit schip elektrisch te laten varen. In samenwerking met ING, Eneco, Engie, het Havenbedrijf Rotterdam, Wärtsilä, Heineken en de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) onderzoekt het de inzet van batterijen. Een tweede optie is het varen op waterstof. Hiervoor wordt onderzoek gedaan in samenwerking met Siemens, ING, Damen Shipyards, BCTN, TNO, het Havenbedrijf Rotterdam en Heineken. De resultaten van de onderzoeken moeten aan het einde van dit jaar bekend zijn.

Ook de zeevaart kijkt naar waterstof, onder meer de cruisevaart. Zo wil cruiserederij Viking Cruises het eerste cruiseschip in de wereld gaan bouwen dat op waterstof gaat varen. Het schip moet een lengte krijgen van 230 meter en plaats bieden aan 900 passagiers en 500 bemanningsleden.

Deel deze pagina

Probeer TW

Geïnteresseerd in techniek? Kies dan voor Technisch Weekblad (TW)

TW biedt technici het laatste nieuws, achtergronden en opinie op het gebied van techniek en innovatie. TW lees je in print en altijd en overal online op je pc, tablet of smartphone. Voor studenten en starters onder de 35 jaar met een technische opleiding, is TW helemaal gratis! 

Naar de website van TW voor het laatste nieuws

Meer informatie over een abonnement

Betabanen

Maritiem Nederland

Welkom op de site van Maritiem Nederland, hét opinie- en vakblad voor de gehele maritieme sector in Nederland.

Editie MN 09-2018

Partners Maritiem Nederland