Chemie Actueel

Is NH3 het ideale molecuul om duurzaam geproduceerde waterstof in te bewaren? Energiebedrijf Nuon en de TU Delft vermoeden van wel.

‘Zeg maar hoe het anders moet’, zegt Fokko Mulder. Als hoogleraar materialen voor geïntegreerde energiesystemen in Delft is hij medebedenker van een plan om ammoniak te produceren met de zonne- en windenergie die je ’s zomers overhoudt. Je slaat het op als vloeistof en ’s winters verstook je het in plaats van aardgas. Naast Nuons nieuwe Magnum-centrale in het Eems­havengebied zou over tien jaar een proefinstallatie kunnen staan, meldden de kranten eind maart.

'Waarom is in dit geval 35 % rendement niet genoeg?’

Dat in de reactievergelijkingen nergens CO2 voorkomt, is zeker een voordeel. Maar ammoniakfabrieken, dat zijn toch energievreters? Het probleem is dat je met grote hoeveelheden stroom, die je later pas nodig hebt, niet veel anders kunt dan water splitsen. En voor waterstofopslag zijn niet zoveel alternatieven, legt Mulder uit. ‘Binden in de vorm van hydrides gebeurt wel, maar is altijd lastig gebleven. En lagetemperatuuroplossingen kosten ook veel energie.’

Redelijk efficiënt

Mulder benadrukt dat je wel kunt discussiëren over rendementen, maar dat je zonder tijdelijke opslag überhaupt niet kunt overschakelen op duurzame stroom. ‘Men heeft de neiging om te klagen over de lage ketenefficiëntie van H2-opslag. Maar een automotor haalt maar 15 tot 20 % rendement en dat vindt iedereen dood­normaal. Waarom is dan bij duurzame elektriciteitsopslag 35 % ineens niet genoeg meer?’

Praktisch kun je het op meerdere manieren uitwerken, licht Mulder toe. ‘Je kunt het helemaal elektrochemisch aanpakken, in een cel die qua lay-out niet veel verschilt met die van klassieke elektrolyse. Aan de ene kant van een protonendoorlatend membraan splits je water en maak je zuurstof, aan de andere kant laat je die protonen reageren met stikstof uit de lucht. Zoiets is al vaker beschreven, al draait het alleen nog op labschaal.’

Naast ammoniak produceren zulke cellen ook vrij veel waterstof. ‘We streven ernaar dat omlaag te krijgen. Maar je kunt het H2-overschot ook binnen de chemische industrie gebruiken, bijvoorbeeld om koolwaterstoffen te maken uit CO2. H2 en NH3 zijn trouwens gemakkelijk te scheiden, je hoeft alleen de ammoniak te laten condenseren.’

Je kunt de waterstof ook apart produceren en met stikstof laten reageren via het klassieke Haber-Boschproces. ‘Op die manier is het veel sneller op te schalen’, verwacht Mulder. En energetisch is het niet eens zo ongunstig volgens de Delftse hoogleraar: ‘Wat men vaak in het hoofd heeft, is de efficiëntie van het proces zoals het nu verloopt. Daarbij maak je waterstof door fossiele brandstoffen te vergassen. Daar gaat een behoorlijk groot deel van het energieverbruik in zitten. Heb je eenmaal waterstof, dan gaat de omzetting in NH3, afhankelijk van de schaalgrootte, redelijk efficiënt.’

Brandt goed

Het plan krijgt mede vorm vanuit Power to Ammonia (P2A), een publiek-privaat project dat het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) begin dit jaar heeft gelanceerd. Het verkent nog meer ammoniak­alternatieven, waaronder kleinschalige buffers bij losse windmolens en doorlevering aan kunstmestfabrieken. Behalve de TU Delft en Nuon zijn onder meer Proton Ventures, ECN, OCI Nitro­gen en de Univer­siteit Twente erbij betrokken. Die laatste onderzoekt hoe je gasturbines aanpast aan NH3. Op dat punt verwacht Mulder geen onoverkomelijke problemen. ‘Eigenlijk is het helemaal geen slechte brandstof.’