ENGINEERINGNET.BE - In een alkaline elektrolyzer zit tussen de kathode en anode een membraan om te zorgen dat waterstof en zuurstof niet bij elkaar komen.
Geen enkel membraan werkt echter perfect. Maar als de hoeveelheid waterstof in de zuurstof groter wordt dan 4%, ontstaat een explosief mengsel.
Dit gebeurt vooral als de elektrolyzer niet op volle kracht draait. Dan wordt er minder zuurstof gemaakt, zodat de waterstof die door het membraan heen lekt, minder goed verdunt. Daarom draaien alkaline elektrolyzers nu bij voorkeur op volle kracht.
Ook kunnen ze niet omgaan met plotselinge, grote verschillen. Daardoor is het lastig om ze aan een zonne- of windpark te koppelen. Verder is het risicovol om elektrolyzers met waterstof op hele hoge druk te laten werken, omdat er dan ook meer waterstof door het membraan heen lekt.
Om dit probleem op te lossen, is het belangrijk om de ideale afstand tussen het membraan en de kathode te onderzoeken, de zogenaamde ‘gap’.
Onderzoeker Thijs de Groot van TU Eindhoven: "De efficiëntie van de elektrolyse is het grootst bij een zero-gap aan de kathode. Maar dan heb je juist te maken met veel gas dat zich door het membraan beweegt, door de hoge oververzadiging van waterstof dichtbij het membraan."
Die oververzadiging moet dus omlaag om een flexibele elektrolyzer te kunnen maken, zonder explosiegevaar. Promovendus Rodrigo Lira Garcia Barros onderzocht daarom het effect van de grootte van de gap op de hoeveelheid waterstof dat zich door het membraan beweegt, en de prestaties van de elektrolyzer.
Daaruit bleek dat met een kleine, maar meetbare gap aan de kathode het lekken van waterstof door het membraan enorm is te verlagen, met een acceptabel verlies in prestaties. Zodat een functionelere en vooral flexibelere elektrolyzer ontstaat.
De volgende stap is het bouwen van een proof-of-concept in het lab, om te bewijzen dat een flexibele elektrolyzer schaalbaar is en in verschillende groottes is te maken.
Bijvoorbeeld een hele grote voor centrale energieopslag, of een kleinere om pieken in stroomopwekking op wijk- of windmolenparkniveau op te vangen.
“Het moet mogelijk zijn om deze alkaline elektrolyzers te maken met bestaande commerciële elektrodes en membranen”, stelt Lira Garcia Barros.
De Groot: “Waterstof is pas efficiënt te gebruiken als het onder voldoende hoge druk wordt opgeslagen. Nu is daar nog een compressor voor nodig. Dat zijn dure en onbetrouwbare apparaten."
Doel is dus om uiteindelijk een elektrolyzer te maken die waterstof meteen op hoge druk aanlevert.
