November/December 2023
Innovaties van Hygro moeten waterstofketen optimaliseren
Energieproducent Hygro, gespecialiseerd in waterstofsysteemintegratie, heeft ambitieuze plannen. Zo moet het kantoorgebouw de Titaan waarin het is gevestigd, zelfvoorzienend worden met behulp van groene waterstof. Een eventueel overschot van energie wordt geleverd aan het naastgelegen Bincknet. Met de iBundle ontwikkelt het bedrijf bovendien een opslagsysteem voor waterstof dat voor een grote doorbraak moet zorgen. En met in windturbines geïntegreerde elektrolysers gaat Hygro de omzettingsverliezen verder terugdringen.
‘We lopen inderdaad over van ambitie,’ zegt Douke Visserman, Business Developer waterstof toepassingen bij Hygro. Het bedrijf richt zich op optimalisering van de hele waterstofketen: het productieproces, opslag, transport én waterstoftankstations. Recentelijk is de scale-up verhuisd naar de Titaan, dat decennialang dienst deed als opslag en productielocatie van Caballero-sigaretten. Het 13.000 m2 grote gebouw in Den Haag moet geheel zelfvoorzienend worden met behulp van waterstof, geproduceerd met eigen zonne-energie. De opslag van de waterstof gebeurt in drukvaten. Vervolgens wordt de waterstof op de noodzakelijke momenten omgezet naar elektriciteit en warmte/koude. Cruciaal bij deze ontwikkeling is volgens Visserman dat het systeem moet kunnen werken onder dynamische omstandigheden zodat het, direct gekoppeld aan wind- of zonne-energie, optimaal functioneert. ‘Als je erin slaagt bij elke stap in de waterstofketen de omzettingsverliezen terug te dringen, neemt de terugverdientijd van waterstoftoepassingen en daarmee de haalbaarheid voor toepassingen in gebouwen zoals de Titaan significant toe.’
Zelfvoorzienend energiesysteem
Het project om het Titaan kantoorgebouw van een zelfvoorzienend energiesysteem te voorzien, bevindt zich wel nog in de onderzoeksfase. ‘Wat niet wil zeggen dat we er niet in geloven’, benadrukt Visserman. ‘We onderzoeken op dit moment hoe de verschillende energiesystemen in ons kantoorgebouw optimaal kunnen samenwerken. Produceer je de waterstof dicht bij huis, dan is het bijvoorbeeld mogelijk de warmte die vrijkomt bij zowel de waterstofproductie door elektrolyse als bij de productie van elektriciteit uit die waterstof, te benutten in het gebouw. Bijvoorbeeld in combinatie met de warmtepomp. Wanneer je elders waterstof produceert of stroom opwekt met behulp van waterstof, kan die warmte lang niet altijd nuttig worden gebruikt. Bovendien beperk je bij direct gebruik de energieverliezen.’
In de iBundle wordt waterstof onder hoge druk (1000 bar) opgeslagen voor transport.
Testopstelling
De elektrolyse testopstelling in de Titaan voor de productie van waterstof moet begin 2024 gereed zijn. Het ambitieuze plan van Hygro om een eventueel energie-overschot terug te leveren aan het BinckNet, het slimme energiesysteem dat Eneco op dit moment ontwikkelt voor de wijk waarin het kantoorgebouw is gevestigd, staat voorlopig helaas in de wachtstand. ‘Jammer’, zegt Visserman, ‘want als Hygro zien we hier een mooie kans liggen en Eneco staat er sympathiek tegenover. Het past bovendien geweldig in zo’n mooi duurzaam initiatief als Bincknet. Maar het project staat zeker niet stil. Er wordt vanuit het team nog steeds hard aan gewerkt en er wordt nu onderzoek gedaan naar een ideaal installatie-ontwerp. Daarnaast onderzoeken we de economische haalbaarheid. Dat doen we samen met de eigenaar van het gebouw, de Unknown Group die hier een belangrijke partner in is. Daarnaast werken we samen met Huygens engineers. Die zitten naast ons in het kantoor. Op het moment dat we een goed systeemontwerp hebben voor het gebouw, buigen we ons over de business case. Als het economisch haalbaar is, dan kunnen we opnieuw serieus met Eneco in gesprek gaan en kunnen we toewerken naar een investeringsbesluit voor de realisatie van het eneregie-uitwisselingssysteem.’
‘Met kleinere opslagsystemen kun je optimaal inspelen op de energievraag’
iBundle
Hygro is opgericht in 2016. Sinds 2021 heeft het bedrijf een eigen windturbine in de Wieringermeer. Eind vorig jaar heeft het bedrijf een subsidie ontvangen om bij de turbine een 5 MW elektrolyser in bedrijf te nemen en vier stations in de regio te realiseren voor tanken, opslag en distributie van waterstof. Met de inkomsten van de elektriciteit die de windmolen in Wieringermeer oplevert, subsidies en geld van externe investeerders slaagt Hygro erin de eigen technologie verder te ontwikkelen. De geproduceerde waterstof zal worden opgeslagen in een systeem dat nogal verschilt van de gebruikelijke opslagmethoden. Hygro ontwierp de zogenoemde iBundle. Dat is een bundel cilinders waarin onder hoge druk (1000 bar) waterstof wordt opgeslagen. Gebruikelijk is een opslag onder een druk van circa 350 tot 700 bar. Hygro doet het onder een hogere druk om de energiedichtheid te vergroten. Daardoor kunnen de cilinders, bij gelijke energie-inhoud, compacter blijven. Het vervoer van de waterstofcilinders wordt daardoor gemakkelijker.
De iBundle bestaat uit een frame met vier koolstofvezel versterkte cilindrische vaten. Eén unit heeft een afmeting van 1,2 x 1,2 x 2,7 meter en past op een pallet. Met dat volume slaagt Hygro erin om 75 kilo waterstof op te slaan (2,5 MWh accu-equivalent). ‘We hebben voor de ontwikkeling van een relatief compacte bundel gekozen om de transporteerbaarheid en verwisselbaarheid te vergroten. Dit is ook van belang omdat de kostprijs van de waterstof hoger wordt bij een langere opslagduur. Met kleinere opslagsystemen kun je optimaal inspelen op de energievraag. Andere aanbieders van waterstofopslagsystemen gebruiken meestal 20-voetscontainers. Die bakbeesten zijn veel minder makkelijk verwisselbaar.’
Het innovatieve opslagsysteem maakt de distributie van waterstof naar tankstations, aannemers en diverse klanten erg eenvoudig. En naast het volumevoordeel heeft opslag van waterstof onder hoge druk volgens Visserman nog een ander voordeel: ‘De afnemer heeft geen compressor meer nodig. Daardoor is de iBundle een relatief goedkope opslagmethode en neemt tegelijkertijd de bedrijfszekerheid toe. Hoe minder techniek aanwezig, hoe minder onderhoud en hoe minder er stuk kan gaan.’
De compact iBundle is veel praktischer om te transporteren dan een grote 20-voets container.
Landelijk dekkend netwerk
Het opslagsysteem wordt vanaf 2025 in productie genomen bij de windturbine van Hygro in de Wieringermeer. Bij deze turbine komt ook de elektrolyser te staan waarmee de waterstof wordt geproduceerd. In 2025 moet dit eerste systeem helemaal operationeel zijn. Op termijn moet het volgens Visserman leiden tot een landelijk dekkend netwerk van vergelijkbare productielocaties. ‘In het ontwikkelingsproces kijken we ook nadrukkelijk naar de toepassing van waterstof als brandstof voor vrachtauto’s. Om op transport- en opslagkosten te besparen is het belangrijk dat een tankstation dichtbij een productielocatie zit. We hebben in principe geen grote windparken nodig. Met één windturbine kunnen we al vijftig vrachtwagens op waterstof laten rijden. Dat is op dit moment al best een aanzienlijk aantal.’
Andere toepassingen
Hygro focust zich wat betreft de opslag tot nu toe vooral op de transportmarkt en specifiek op de toepassing van waterstof als brandstof voor vrachtwagens. Maar de iBundle kan daarnaast heel goed worden ingezet in combinatie met een generator op een bouwplaats. De belangstelling vanuit de markt is groot. Hygro praat momenteel met meerdere aanbieders van generatoren. Voor bedrijven die generatoren op waterstof aanbieden is het ook steeds weer een uitdaging om de waterstof op locatie te krijgen. Met een iBundle wordt het een stuk eenvoudiger om voldoende waterstof op bouwplaatsen te krijgen. Een andere toepassing is de iBundle als opslagsysteem voor bedrijven die in afwachting zijn van netverzwaring. Met een generator kunnen zij dan toch tijdelijk in hun elektriciteitsvraag voorzien. Ook op locaties zonder stroomnet waar tijdelijk energie naar toe moet, bijvoorbeeld voor evenementen, kan het opslagsysteem uitkomst bieden. Visserman: ‘De iBundle kan heel goed op een redelijk kleine footprint waterstof opslaan. Voor opslag en transport is het echt veel praktischer dan zo’n grote 20-voets container. Bovendien krijg je zo’n grote tank veel moeilijker helemaal leeg.’
Deskundigen verschillen van mening over de mate waarin toepassing van waterstof als energiedrager ooit kosteneffectief kan worden. Visserman: ‘Omdat we ons nu vooral op transport richten, vergelijken we onze kosten met die van diesel. Daar moet onze waterstof mee kunnen concurreren en we verwachten dat dit bij ons eerste project al haalbaar is. Het zal vooralsnog vooral afhangen of er voldoende vraag is naar waterstof. Als we niet al onze waterstof verkocht krijgen, moeten we een deel van de investering terugverdienen met een kleiner volume. Zodra de waterstofmarkt voor transport echt op gang komt, verwachten wij dat waterstof waarschijnlijk goedkoper zal zijn dan diesel.’
Elektrolyser als onderdeel van de turbine
Een andere ontwikkeling waar Hygro op inzet is de integratie van elektrolysetechniek met de windturbine. In het ideale ontwerp van Hygro komt er dus geen aparte elektrolyser bij de turbine te staan, maar is de elektrolyser een geïntegreerd onderdeel van de turbine. Het grote voordeel volgens Hygro: kostenbesparing en geen verlies meer van energie bij het omzettingsproces. De ontwikkeling wordt nu nog deels tegengehouden door regelgeving en ook windturbinefabrikanten zijn volgens Visserman nog wat huiverig. ‘Dat is ook wel logisch. Nu kunnen de energieproducenten hun kant-en-klare windturbine direct aan het elektriciteitsnet koppelen. Met waterstof is dat nu nog wat lastiger, omdat de waterstofeconomie nog in ontwikkeling is. Maar we verwachten dat de integratie van technieken er uiteindelijk wel van zal komen en we werken er dan ook hard aan. We hebben met enkele windturbinebouwers en fabrikanten van elektrolysers al intensief overleg. Een dergelijke windmolen zal niet eerder dan 2025 gerealiseerd kunnen worden, maar we mikken erop om dit op een volgende locatie te realiseren.’