Innovatieve brandstofcel voor huiselijke warmte en licht

Topsector Energie interviewde oprichters Diederik Jaspers en Wouter van Neerbos zijn nu vooral op zoek naar partners die helpen met opschaling en financiering.

 Voor welk probleem hebben jullie een oplossing gevonden?

"Nederland wil van het aardgas af. Voor nieuwbouwwoningen is dat nog wel te doen, maar voor de miljoenen bestaande woningen is het vervangen van een cv-ketel door bijvoorbeeld warmtepompen een kostbare operatie. Brandstofcellen zijn een aantrekkelijk alternatief, omdat ze de brander in de ketel vervangen en zowel elektriciteit als warmte en koude kunnen produceren. Bestaande brandstofcellen zijn echter kostbaar, kwetsbaar of alleen geschikt voor waterstof."

Wat houdt jullie oplossing in?

"Samen met de Rijksuniversiteit Groningen en de TU Delft werken we sinds 2018 aan een brandstofcel die betaalbaar, betrouwbaar en geschikt is voor woningen. Onze SOFC-brandstofcel zet via een elektrochemische reactie bij hoge temperatuur brandstof om in elektriciteit en warmte. De brandstofcel is gebaseerd op het Help-concept: holle elektrodes, losse platen. De elektrodes zijn gemaakt van keramiek en niet van (zeldzame) metalen. De cellen worden los op elkaar gestapeld en dus niet aan elkaar gesinterd zoals bij andere brandstofcellen gebeurt. Dat stapelen doen wij op zo’n innovatieve manier dat het niet ten koste gaat van de geleidbaarheid. Een stack van een twintigtal cellen heeft de hoogte en doorsnede van een colablikje. Het vermogen van één stack is circa 250 Watt. Één tot vier van deze stacks zijn goed voor de basisenergiebehoefte van een huishouden, aangevuld met een kleine accu voor de piekbelasting. Bovendien gaat zo geen warmte verloren in de zomer. Het unieke van onze brandstofcel is dat hij tevens dienst kan doen als elektrolyser en zo bijvoorbeeld overtollige stroom van PV-panelen op het dak kan omzetten in waterstof, waarmee later weer elektriciteit kan worden opgewekt. Dan werkt hij dus net als een batterij."

Wat is zo baanbrekend aan jullie brandstofcel?

"SOFC’s zijn een beproefd type brandstofcel. De radicale omslag is dat onze brandstofcellen los gestapeld worden en toch even goed presteren. Volgens veel experts ‘too good to be true’. Als je cellen aan elkaar sintert, moeten alle materialen precies dezelfde uitzettingscoëfficiënt hebben, anders gaan ze kapot. Daarmee hebben ontwerpers van bestaande brandstofcellen zichzelf in een hoek gemanoeuvreerd waar ze niet meer uitkomen. Omdat wij met de losse stapeling geen concessies hoeven te doen aan het materiaal, kunnen wij én goedkopere grondstoffen gebruiken die beter presteren én elektroden in grote hoeveelheden laten produceren door het veel goedkopere spuitgieten."

Wat zijn de voordelen?

"Onze brandstofcel is door de holle elektrodes als een ‘varkentje’, een alleseter. Dankzij de hoge temperatuur kan de brandstofcel veel typen brandstof aan: aardgas, biogas, waterstof, ammoniak en mengsels daarvan. Met aardgas produceert hij zowel elektriciteit als warmte. Door de directe elektrochemische omzetting in elektriciteit is de brandstofcel driemaal efficiënter dan een verbrandingsmotor. De integratie in een CV-ketel is relatief gemakkelijk, omdat de temperaturen vergelijkbaar hoog zijn. En het bestaande gasnet blijft zijn waarde behouden en kan op termijn steeds meer duurzamere gassen aanvoeren. Verder stoten brandstofcellen geen NO_x en fijnstof uit. Keramische materialen zijn inert, sterk en de stacks bevatten geen bewegende delen. De geschatte levensduur is 80.000 onderhoudsvrije bedrijfsuren. Als een cel kapotgaat, kan hij uit de stapel geschoven en vervangen worden. Onze brandstofcel is volledig recyclebaar, door de materialen apart te vermalen en weer op te werken tot nieuwe grondstof. De kostprijs is door het unieke spuitgietproductieproces veel lager dan van andere brandstofcellen. Op de lange termijn, als de productie opgeschaald en geautomatiseerd is, zal hij zelfs ongeveer € 1.500/kW gaan kosten; genoeg dus voor een huishouden – en een factor zes tot tien lager dan andere brandstofcellen. Dit is ook veel goedkoper dan warmtepompen, die nu € 7.000 – € 15.000 kosten, plus de ombouw naar lage temperatuurverwarming."

Wat zijn jullie uitdagingen?

"Wij ontwikkelen alleen de brandstofcellen. De integratie met toepassingen zoals verwarmingsketels is complex. Industriële innovatie is arbeids- en kapitaalintensief. Tijd is onze vijand. Vooral de ontwikkelingsfase is een langdurig proces. De coronacrisis maakt het niet eenvoudiger. De universitaire laboratoria zijn veelal dicht, zodat we nog geen stresstesten kunnen doen, de leveringen van toeleveranciers lopen vertraging op en bedrijven zijn terughoudend met investeren. We moeten bovendien opboksen tegen het ongeloof dat ons concept wél werkt."

Hoe ver zijn jullie nu?

"We hebben een werkende brandstofcel en daarmee het proof-of-principle doorstaan. We gaan nu met de universiteiten verschillende brandstoffen testen en de brandstofcel optimaliseren. We werken al met veel partijen samen, zoals de grondstofleverancier, het spuitgietbedrijf en een verwarmingsketelfabrikant. Die laatste wil onze stacks integreren in haar CV-ketels als micro-wkk. Daarnaast wil een toonaangevende kabelnetwerkmultinational begin volgend jaar onze brandstofcel in haar internationale netwerk testen en integreren. Bovendien zijn we in gesprek met een toeleverancier in de agrarische sector voor grotere 30 kW wkk-installaties op biogas. Wij zijn nu op zoek naar partners die ons kunnen helpen met opschaling en systeemintegratie, zowel technisch als financieel. Grote bedrijven en investeerders met diepe zakken. Als dat lukt, moet het haalbaar zijn om eind 2022 naar de markt te gaan."

Wat is de toegevoegde waarde van TKI Urban Energy?

"We hebben van de Topsector Energie subsidie gekregen voor een studie naar een brandstofcel in huishoudelijke micro-wkk. TKI Urban Energy is gecharmeerd van onze pragmatische aanpak. Ze kan ons goed helpen om ons te koppelen aan de juiste partijen en ons een podium bieden voor de vervolgstappen naar opschaling en financiering."

Circonica.nl