Duurzaamheid
Pieter van den Brand
Schroefcompressor voor na lagedruk-elektrolyse
Met elektrolyse op duurzame elektriciteit gaat de industrie de op aardgas geproduceerde waterstof op grote schaal inruilen voor een groene variant. Schroef-compressoren nemen bij de productie van waterstof na lagedruk-elektrolyse voortaan een centrale rol in. Nieuwe machineconcepten dienen zich aan.
In de transitie van een aardgasgedreven industrie naar een fossielvrije industrie krijgt groene waterstof een hoofdrol toebedeeld. De groeiende elektriciteitsproductie van wind- en zonneparken doet de industrie omzien naar de bouw van elektrolysers, om uit het surplus van duurzame elektriciteit met elektrolyse van water CO2-vrije waterstof te produceren. Waterstof is voor de industrie een grondstof voor de productie van ammoniak, methanol en groen staal. Om aardgas te vervangen zijn enorme hoeveelheden groene waterstof nodig. Daar komen vele gigawatts aan elektrolyse-capaciteit bij kijken. Wereldwijd, en ook in eigen land, zijn daarom elektrolysers in aanbouw. Waterstoffabriek Holland Hydrogen I van Shell op de Maasvlakte is over 2 jaar gereed. Met een capaciteit van 200 MW is deze nieuwe fabriek meteen één van de grootste in Europa.
Groene waterstof
Ook compressor- en blowerfabrikant AERZEN is met groene waterstof bezig. “Het is hét onderwerp waar we de afgelopen jaren vanuit business-development het meest naar gekeken hebben”, vertelt productmanager Jan Gehrmann van de businessunit Proces Gas van het bedrijf. “Power-to-gas is de meest realistische technologie om de industrie in korte tijd grootschalig fossielvrij te maken.” Gehrmann verwacht dat de productie van groene waterstof na 2025 een doorbraak zal beleven. “Bij een klein aantal van de grootschalige waterstofprojecten die op stapel staan, is de investeringsbeslissing al genomen. Dat zijn wel de bedrijven waar al jarenlang mee wordt samengewerkt. Hoewel steeds meer initiatieven op subsidie kunnen rekenen, speelt wel de onzekerheid over de productiekosten en de rentabiliteit van dit soort langetermijn-investeringen van 15 tot 20 jaar mee. Hoewel de energieprijs de laatste tijd flink is opgelopen, is groene waterstof naar verwachting binnen niet al te lange tijd een commodity.”
Schroefcompressoren
Bij het bruikbaar maken van waterstof spelen compressoren een centrale rol: compressoren comprimeren namelijk de geproduceerde groene waterstof die uit de elektrolyser komt, om de energiedichtheid te verhogen zodat minder ruimte nodig is bij opslag en transport. Tijdens het verdere productieproces worden water en zuurstof verwijderd uit het waterstofgas, dat volgens de eisen van de industrie zo puur mogelijk moet zijn. Van oudsher worden zuigercompressoren ingezet voor het compressieproces. De schroefcompressor ontpopt zich door zijn hoge capaciteit, hoge betrouwbaarheid en lagere trillingsniveau echter als aantrekkelijk alternatief. “Bij de grootschalige productie van groene waterstof zijn juist schroefcompressoren geschikt om het compressieproces na lagedruk-elektrolyse een boost te geven”, aldus Gehrmann.
Nieuw type
Specifiek voor het eerdergenoemde doel ontwikkelde AERZEN onlangs een nieuw type olievrije water-geïnjecteerde schroefcompressor voor groene waterstof (VRW-serie). Het bedrijf brengt al lange tijd olievrije schroefcompressoren voor waterstof op de markt. Dezelfde basistechnologie past het bedrijf nu echter ook toe voor de booster-stap na lagedruk-elektrolyse. Elektrolyse onder lage druk (1,0–1,3 bar) is een reguliere techniek om waterstof uit elektriciteit te halen. Een voorbeeld is alkaline-elektrolyse, één van de belangrijkste huidige technieken. Circa de helft van de grote waterstoffabrieken die nu in aanbouw zijn (tot 500 MW) worden uitgevoerd met alkaline-elektrolysers, ook die van Shell op de Maasvlakte.
WORLD HYDROGEN SUMMIT
AERZEN is als exposant aanwezig op de World Hydrogen Summit binnenkort. In de stand is een opengewerkt model van een waterstofcompressor te zien, samen met een demo van de online AERZEN-applicatie. Dit model geeft uitleg over de verschillende compressorconcepten voor waterstof na elektrolyse, zoals de VRW-serie en de nieuwe blower-concepten voor het transport van zuivere zuurstof. Bij elektrolyse van water naar waterstof ontstaat bij elke kilo geproduceerde waterstof 8 kilo zuivere zuurstof. Dit is een interessant product voor bijvoorbeeld (aërobe) rioolwaterzuiveringen. De lucht die de waterbeheerders nu in hun zuiveringsbassins blazen voor het beluchten van de micro-organismen bevat zo’n 20% zuurstof. Met deze zuivere zuurstof kan straks een enorme energiebesparing worden gerealiseerd.
POWER-TO-GAS MEEST REALISTISCH”
Voetafdruk
De waterstof is qua chemische samenstelling zelf niet veranderd (H2 blijft immers H2), maar voor de compressie van waterstof na elektrolyse zijn wel specifieke olievrije compressoren nodig. De afnemers van waterstof en de exploitanten van leidingnetten eisen dat waterstofgas olievrij is. “In geen enkele compressor die we tot nu toe hebben gebouwd, wordt zoveel water geïnjecteerd als in dit nieuwe type”, vertelt Gehrmann. “De schroefcompressor geeft een eerste boost tot 10 bar en is in staat aanzienlijke hoeveelheden waterstof te comprimeren met een compacte compressor-unit. Doordat dit specifieke type gekenmerkt wordt door een hoge betrouwbaarheid, zijn er geen aanvullende compressor-units meer nodig, wat aanzienlijk in de voetafdruk van het totale compressiesysteem scheelt. Hoewel er nog wel steeds zuigercompressoren nodig zijn om de einddruk te bereiken, wordt de omvang en het aantal druktrappen van de benodigde zuigercompressoren aanzienlijk kleiner. Het machineconcept van de olievrije watergeïnjecteerde schroefcompressor is op ingenieuze wijze aangepast”, legt Gehrmann uit, zowel als het gaat om de positie waar water in de compressor wordt geïnjecteerd als wat de afdichting van de machine betreft. Dankzij de druk in de compressor (tot 10 bar) fungeert hetzelfde water als vloeistof voor de afdichting van de machine, een synergie-effect. Zuivere waterstof is immers de harde eis vanuit de industrie. Conventionele vloeistoffen voor mechanische afdichtingen als olie of stikstof zijn dan ook uit den boze. Het nieuwe type schroefcompressor wordt in de loop van volgend jaar ingezet bij verschillende grootschalige waterstofprojecten in Europa. Dit jaar worden de eerste compressoren al gebouwd. Gehrmann verwacht eind 2025 de eerste resultaten te kunnen delen.
Het magazine fysiek ontvangen? Klik hier om een kennismakingsabonnement af te sluiten.
Vacatures bekijk je via de vacaturepagina.
