Electric Kettle
Waterstof

Waterstof uit stopcontact

De Rheinland-raffinaderij van Shell heeft een Europese primeur. Op deze Duitse raffinaderij is de bouw gestart van de grootste elektrolyse­fabriek ter wereld. De installatie gaat met groene stroom waterstof maken voor eigen gebruik en mogelijk ook voor klanten buiten de raffinaderij.

Door Erik te Roller - Beeld: Getty Images op 11 jan 2019

Raffinaderijen verbruiken grote hoeveelheden waterstof, die ze maken uit aardgas. Daarbij komt veel CO2 vrij. Waterstof maken uit water met behulp van groene stroom heeft dan ook de toekomst. Al in 1832 ontdekte Michael Faraday het principe van elektrolyse: met behulp van elektriciteit water splitsen in waterstof en zuurstof. Er zijn nu kleine, zogenoemde electrolyzers op de markt, die volgens dit principe zo’n honderd ton waterstof per jaar produceren. Grootschalige toepassing in de industrie vraagt echter om elektrolyzers die honderd tot duizend keer zoveel waterstof kunnen produceren tegen een vier keer zo lage prijs per kilogram.

Shell neemt deel aan een Europees programma voor het ontwikkelen en testen van electrolyzers. Als onderdeel daarvan gaat de Rheinland-raffinaderij van Shell aan de Rijn bij Wesseling (ten zuiden van Keulen) in de loop van 2020 proefdraaien met de productie van waterstof uit water, met behulp van elektriciteit. Samen met ITM Power, een Britse fabrikant van elektrolyse-installaties, bouwt het bedrijf daar de vooralsnog grootste elektrolysefabriek ter wereld met een piekvermogen van tien megawatt.

Ervaring opdoen

De Refhyne, zoals de nieuwe fabriek heet, gaat circa 1.300 ton waterstof per jaar produceren. Iemand met een waterstofauto kan daar heel wat kilometers op rijden, maar voor de Rheinland raffinaderij is het nog een druppel op de gloeiende plaat. Momenteel verbruikt deze grootste raffinaderij van Duitsland, die een slagje kleiner is dan de raffinaderij van Shell in Pernis (de grootste van Europa), zo’n 180.000 ton waterstof per jaar om producten mee te ontzwavelen en om uit een vat ruwe olie meer lichte producten te winnen zoals lpg, benzine en diesel. De installatie is dan ook vooral bedoeld om ervaring mee op te doen. Intussen kijkt Shell al naar de haalbaarheid van een fabriek die tien keer zoveel waterstof uit elektriciteit en water kan produceren. Bij het ontwerp en in de bedrijfsvoering daarvan zal het bedrijf gebruikmaken van de ervaringen met de testinstallatie.

Als de nieuwe waterstoffabriek straks op groene stroom draait, dan zal dit weer schelen in de CO2-uitstoot van de raffinaderij. Een bijkomend voordeel is dat de fabriek kan bijdragen aan de stabiliteit van het stroomnet door bij een overaanbod aan groene stroom volop te produceren en bij een bescheiden aanbod daarvan op een lager pitje te draaien of uit te staan. Daarbij profiteert Shell van het gunstige tariefsysteem in Duitsland: bij een hoog stroomaanbod zijn de stroomprijzen lager, wat dus kosten bespaart.

Publiek-privaat onderzoek

Het gaat om een test van een Europees consortium van Shell, ITM Power, de Noorse onderzoeksorganisatie Sintef, het Britse software­bedrijf Thinkstep en het Britse adviesbureau Element Energy. De nieuwe waterstoffabriek kost twintig miljoen euro, inclusief de integratie ervan in de raffinaderij. De helft daarvan komt uit de pot van het publiek-private onderzoeksproject Fuel Cell Hydrogen Joint Undertaking van de Europese Unie, dat gericht is op het ontwikkelen van een nieuwe generatie elektrolyse-installaties (electrolyzers), waarmee de industrie haar CO2-uitstoot kan verminderen.

De waterstoffabriek zal bestaan uit een reeks elektrolysecellen, die samen een zogeheten stack (vrij vertaald ‘stapel’/red) vormen. In elke cel zijn anode en kathode gescheiden door een bepaald type membraan (voor kenners een polymeer-elektrolyt-membraan, ofwel PEM). ITM levert nu al elektrolyse-installaties van 0,5 tot 1 megawatt en verwacht met meer stacks een tien keer zo grote installatie te bouwen.

“Als de test succesvol verloopt, dan bestaat de mogelijkheid dat we deze technologie op grotere schaal toepassen in de raffinaderij en ook op andere locaties. We kunnen dan ook waterstof leveren aan klanten buiten de raffinaderij”, zei Thomas Zengerly, directeur van de Rheinland raffinaderij, vorig jaar bij het begin van het project. Hij doelde hiermee ook op de productie van waterstof voor waterstofauto’s, waarvoor Shell in Duitsland een netwerk van tankstations aan het opbouwen is.

Shell doet ook onderzoek naar de mogelijkheden om groene water­stof te produceren in Nederland. Ook Tata Steel, Engie en Nouryon (voorheen de chemietak van AkzoNobel) studeren op de mogelijkheden om electrolyzers in te zetten vanaf 2022 of 2024 en wel van honderd megawatt per stuk.