Eerste praktijktest voor elektriciteitsproductie uit restwarmte bij lagere temperaturen

Het Amerikaanse JTEC Energy ontwikkelt een systeem waarin waterstof onder wisselende druk door elektrochemische cellen stroomt. De technologie moet het mogelijk maken bij lagere temperaturen elektriciteit te produceren. Het bedrijf bereidt momenteel een eerste praktijktest voor.

Vooral warmte van relatief lage temperatuur is in de industrie lastig om te zetten in bruikbare elektriciteit. JTEC Energy werkt aan een alternatieve techniek die gebruikmaakt van de eigenschappen van metaalhydriden en elektrochemische cellen. Een thermisch aangedreven compressiesysteem en een elektrochemische module die drukverschillen omzet in elektrische energie werken samen met waterstof, dat fungeert als werkmedium en wat circuleert in een gesloten kringloop.

Waterstofdruk

De werking berust op het vermogen van metaalhydriden om waterstof op te nemen en weer af te geven. Bij afkoeling absorbeert het materiaal waterstof, terwijl het bij verhitting waterstof onder hogere druk vrijgeeft. De vrijgekomen waterstof stroomt vervolgens door elektrochemische cellen. Het drukverschil over deze cellen wordt omgezet in elektrische energie. Daarna keert de waterstof onder lagere druk terug naar een andere metaalhydridereactor, waar het gas opnieuw wordt opgenomen.

Door de reactoren afwisselend te verwarmen en af te koelen, ontstaat een cyclisch proces waarmee restwarmte kan worden benut voor elektriciteitsproductie. De waterstof wordt in dit proces niet verbruikt; dezelfde hoeveelheid gas blijft in het gesloten systeem circuleren. Er is dus geen voortdurende toevoer van nieuwe waterstof nodig.

Vocht

Hoewel de twee onderdelen afzonderlijk goed functioneren, stelt de combinatie ervan specifieke eisen aan de vochtregeling. De membranen in de elektrochemische cellen hebben vocht nodig om optimaal te functioneren. De metaalhydriden zijn daarentegen gevoelig voor water. Wanneer te veel vocht de reactoren bereikt, kunnen zich oxidelagen vormen die de opname van waterstof belemmeren. Dit vermindert de prestaties en kan uiteindelijk leiden tot extra onderhoud of stilstand.

JTEC ontwikkelde daarom een gesloten gasbehandelingssysteem dat meer dan 99,99 procent van het toegevoegde vocht verwijdert en terugvoert. Daarmee kan de waterstof na passage door de elektrochemische cellen voldoende worden gedroogd voordat deze terugkeert naar de metaalhydridereactoren. Voor de bewaking van dit proces werkt het bedrijf samen met het Finse meettechnologiebedrijf Vaisala.

Op drie plaatsen in het systeem worden vochtmetingen uitgevoerd. Als eerste direct na de eerste ontvochtigingsstap, daar wordt de relatieve luchtvochtigheid gemeten om condensatie te voorkomen. Verderop controleert een dauwpuntsensor of de waterstof voldoende droog is om veilig naar de reactoren terug te keren. Een derde sensor bewaakt de vochtbalans tijdens het opstarten, uitschakelen en onderhouden van de installatie.

Volgens JTEC bleken eerder gebruikte sensoren onvoldoende bestand tegen condensatie en verzadiging. Tijdens een laboratoriumproef duurde een experiment van zes uur daardoor uiteindelijk drie dagen, omdat de installatie tussentijds moest worden stilgelegd en gedroogd. JTEC bereidt momenteel de eerste productie-installatie voor op een praktijktest buiten het laboratorium. De nauwkeurige vochtregeling moet daarbij helpen om de metaalhydridereactoren te beschermen en langdurige werking mogelijk te maken.