Als we waterstof in grote getale willen gebruiken, zullen we nog een aantal obstakels moeten overwinnen. Bijvoorbeeld het vervoer, dat in gasvorm zonder druk nogal wat ruimte inneemt. Verschillende onderzoekers kijken daarom naar de mogelijkheid om waterstof te laten reageren naar een soort ‘drager’: een molecuul dat met de waterstof reageert, makkelijk te vervoeren is en op de plek van bestemming de waterstof weer loslaat. Ammoniak en mierenzuur lijken volgens veel onderzoekers bijvoorbeeld geschikte dragers. Maar start-up H2Fuel-Systems uit Voorschoten pakt het anders aan. Zij vangen de waterstof in natriumboorhydride (NaBH₄)-korrels.

Dubbele opbrengst

Natriumboorhydride zat vroeger als bleekmiddel in wasmiddelen en wordt ook nu nog gebruikt om geneesmiddelen te maken. Het is een bekende natriumboorverbinding, en dat maakt het een uitstekende drager, vertelt H2Fuel-directeur Rob de Kraa: ‘We weten veel over hoe we deze stof maken en hoe het molecuul zich gedraagt, dus je komt niet zo snel voor verrassingen te staan.’

Bovendien ontdekten de onderzoekers van H2Fuel een gunstige manier om de waterstof weer uit dit molecuul vrij te maken in wat zij het uitpakproces noemen: ‘Wij mengen de natriumboorhydride in een reactor met ultrapuur water – water dat vrij is van alle verontreinigingen zoals mineralen, red. – dat we licht zuur hebben gemaakt of waar we een katalysator aan toevoegen, zodat de waterstof afsplitst’, legt De Kraa uit. ‘Tijdens dit proces komt er zo veel energie vrij dat ook het water zelf splitst in waterstof en zuurstof. Je maakt in totaal acht waterstofatomen vrij, het dubbele van wat je erin hebt gestopt.’

Dit uitpakproces werkt inmiddels al aardig goed. Een pilotfabriek in de Botlek in Rotterdam draait al zo’n twee jaar aan een stuk door, en produceert daarbij continu 125 kWh aan energie. Maar voor deze fabriek koopt H2Fuel gewoon natriumboorhydride in. En om het cirkeltje helemaal rond te maken, moet je de waterstof natuurlijk ook op de een of andere manier zelf inpakken. ‘Tijdens het uitpakken reageren zuurstof, natrium en boor tot natriumbooroxide’, zegt De Kraa. ‘Dat molecuul spoelen we uit de reactor en kunnen we met behulp van groene elektriciteit en waterstof weer reduceren tot natriumhydride.’

Rendabel maken

Dat klinkt vrij simpel, maar de regeneratie van natriumbooroxide vergt op dit moment nog heel veel energie. ‘Het kost veel moeite om natriumbooroxide te laten reageren, dus zijn we dit proces nu aan het optimaliseren’, vertelt De Kraa. Een nieuwe testopstelling die op dit moment bij de TU Delft draait, geeft veelbelovende resultaten. De Kraa: ‘We krijgen het op deze nieuwe manier voor elkaar om natriumbooroxide te reduceren met slechts 30 % van de energie die we nu gebruiken. Dat is volgens ons genoeg om het hele systeem rendabel te maken.’

Hoe ze dat precies doen, houden ze nog even geheim. Maar De Kraa hoopt het systeem zo snel mogelijk in zijn totaliteit te testen: ‘We verwachten de resultaten van de regeneratie-proof of concept ergens halverwege 2020. Daarna moeten we kijken of we het hele in- en uitpaksysteem samen op grotere schaal kunnen laten draaien.’ Hoe groter de schaal, des te goedkoper je natriumboorhydride en waterstof kunt maken, zo beschrijft De Kraa. ‘Een plant die 4,7 miljoen ton natriumboorhydride produceert, kan bijvoorbeeld 500.000 ton waterstof opslaan en levert uiteindelijk 1 miljoen ton waterstof op. We hopen dat dit haalbaar is, zeker omdat we een deel van het proces al in de vingers hebben.’

En als dat allemaal lukt, kan H2Fuel-Systems de kringen helemaal gaan sluiten. Want als waterstofbron wil het bedrijf namelijk een deel van het waterstof gebruiken dat ze zelf produceren. De Kraa: ‘De helft van de acht waterstofatomen die we opwekken gaat naar de klant, de andere helft gaat weer terug naar de reactor. Zo maak je het systeem volledig circulair.’

Makkelijk en veilig

Het grootste voordeel van het H2Fuel-systeem is volgens De Kraa het gemak en de veiligheid: ‘Je kunt onze korrels zo in een container gooien en vervoeren. Water­stofgas is heel brandbaar en vergt vervoer onder druk.’ Ook de prijs speelt natuurlijk een rol: ‘Omdat het systeem eigenlijk gratis extra waterstof maakt, kost het per kilogram waterstof een stuk minder dan huidige methodes.’

En als het waterstof dan eenmaal op de plaats van bestemming vrijgemaakt is van de drager, zijn de mogelijkheden eindeloos: ‘Je kunt er bijvoorbeeld een brandstofcel achter zetten om duurzaam elektriciteit op te wekken als het windstil is, of het verbranden om reacties in de staalindustrie te verhitten. Wat je maar wilt.’

Het bedrijf ziet op dit moment vooral interesse vanuit de generatorenindustrie. ‘Die willen graag verduurzamen, maar moeten waterstof vaak wel naar moeilijk bereikbare plaatsen vervoeren’, vertelt De Kraa. ‘Daarnaast zien we ook mogelijkheden voor zwaar vervoer, zoals vrachtwagens. Als die hun waterstoftanks vervangen door tanks van dezelfde grootte maar dan vol met onze korrels, kunnen ze veel verder rijden op één tank. Al moeten we dan nog wel kijken waar en hoe we de natriumbooroxide die in de tank ontstaat makkelijk weer uit die tanks halen, en hoe die stof dan weer in het regeneratieproces terechtkomt.’

Op dit moment werkt H2Fuel aan een consortium met geïnteresseerde bedrijven. ‘We horen graag hoe zij ons systeem willen toepassen’, zegt De Kraa. ‘En of we nog dingen kunnen aanpassen om implementatie te helpen.’ Als alles voorspoedig voorloopt verwacht De Kraa dat de eerste fabriek in 2023 de deuren kan openen. ‘Hopelijk kunnen we dan alles mooi circulair maken, en zorgen dat ­waterstofproductie een stuk goedkoper wordt.’