Groene Methanol uit Zon

Omdat netcongestie en gelijktijdigheid van het energiesysteem steeds grotere uitdagingen worden naarmate de adoptie van zonnne- en windenergie toeneemt, zien we in toenemende mate dat de duurzame energie opweksystemen niet tot hun volledige potentieel benut worden. Dat geldt voor wind- en zonneparken op elke schaal. Het is aantrekkelijk om deze ‘overtollige’ energie toch nog nuttig te gebruiken door het om te zetten in waterstof voor decentrale toepassingen. Tegelijk zien we dat de uitlevering van die waterstof in gasvorm problemen kent. De benodigde waterstof volumes zijn al snel heel groot wat zorgt voor complicaties op het gebied van veiligheid en vergunningen. Bij bestaande pilots treden problemen op omdat er (te) vaak nieuwe flessenbundels moeten worden gebracht om aan de vraag te voldoen. Bij opschaling zal dat zich vertalen naar een enorme capaciteit aan grote en zware gas cilinders, met de logistieke- en capaciteitsuitdagingen die daarmee gepaard gaan. Een oplossing daarvoor kan zijn om het waterstof in de vorm van methanol als drager te verplaatsen, gezien de energiedichtheid per volume van methanol ruim een factor 3 hoger is dan die van waterstof zelf. Daardoor nemen zowel de volumes, als de prijs voor eindgebruiker, af. Momenteel is er echter geen groene methanol als waterstofdrager commercieel verkrijgbaar.
In dit project ontwikkelen we het systeemontwerp voor de productieketen van (een teveel aan) zonne-energie tot aan opslag van methanol. We bouwen een lab opstelling waarmee we efficiëntie en opbrengsten van dit systeem kunnen bepalen en voeren een techno-economische haalbaarheidsstudie uit, geschaald naar de Nederlandse waterstofeconomie. Het doel is om het werkingsprincipe en de levensvatbaarheid van groene waterstof uit overtollige pv energie, aan te tonen.

Eindrapportage

Met de groei van zonne- en windenergie ontstaan nieuwe uitdagingen, zoals netcongestie en het niet volledig benutten van opgewekte stroom. Dit project onderzoekt een innovatieve oplossing: het omzetten van overtollige zonne-energie in methanol, een vloeibare energiedrager hoge energiedichtheid. Methanol is makkelijker op te slaan en te vervoeren dan waterstof, en kan dienen als brandstof. Het project draagt daardoor bij aan de energietransitie door nieuwe routes te verkennen voor efficiënte en veilige opslag van duurzame energie.

Het projectteam – bestaande uit het HAN lectoraat Balanced Energy Systems, Volta Energy en Alles over Waterstof – ontwierp en bouwde labschaal reactor om het werkingsprincipe te kunnen testen en een tool te creëren voor verdere ontwikkeling. Daarnaast is een techno-economische analyse uitgevoerd. Een belangrijk bijdrage aan het werk werd geleverd door een multidisciplinair derdejaars studententeam, bestaande uit 7 studenten werktuigbouwkunde, elektrotechniek en technische bedrijfskunde.

Uit de techno-economische analyse blijkt dat de kosten per kg methanol bij een schaal van 1 MWp PV (met 390 kW elektrolyse) te hoog zullen zijn in vergelijking met huidige bio-methanol prijzen, maar dat deze kosten bij grotere schaal significant kunnen zakken. Bij 5 MWp PV aangevuld met een overcapaciteit van het elektriciteitsnet kunnen de kosten onder de 2 euro/kg zakken. Een vervolg onderzoeksproject om de opschaling en integratie te onderzoeken is in ontwikkeling.

De reactorontwerp is gebaseerd op literatuur en werkt op basis van natuurlijke convectie. De realisatie is volledig opgebouwd uit kant-en-klare inkooponderdelen. Doordat onvoldoende rekening was gehouden met temperatuurschommelingen ontstond er lekkage en was een extra ontwerpiteratie nodig. Het verbeterde ontwerp is volledig gebouwd, maar door opgelopen vertraging is het werkingsprincipe nog niet getest. Dit staat binnenkort gepland.

Het zal uitdagend zijn om een goede businesscase voor groene methanol te creëren, maar de bevindingen geven aan dat het met verdere ontwikkelingen wel mogelijk is.