Studententeam SOLID gebruikt ijzerbolletjes om energie uit waterstof te transporteren. Dit als efficiënter en ­veiliger alternatief voor het transport van waterstof zelf. Het team won de KIVI Engineering Student Team Award voor dit veelbelovende project.
 

Team SOLID  
Doel: IJzer inzetten voor waterstoftransport
Perspectief: De energietransitie faciliteren
Aantal leden: 25
Startjaar: 2016

 

‘Dit project kan een doorbraak betekenen met grote impact voor de industrie. Niet alleen op nationaal, maar ook op mondiaal niveau.’

De jury van de KIVI Engineering Student Team Award liet er dit voorjaar geen misverstand over bestaan: team SOLID van de TU Eindhoven was niet voor niets de winnaar van de jaarlijkse studenten­teamcompetitie van ingenieurs­vereniging KIVI. Op de jaarlijkse Dag van de Ingenieur in maart overhandigde KIVI-president Jacolien Eijer de prijs aan teammanager Joost van der Kraan, in het bijzijn van prinses Beatrix en prinses Mabel.


Bolletjes ijzer

De studenten kregen de onderscheiding voor een alternatief dat ze bedachten voor het efficiënt en veilig opslaan en vervoeren van waterstof. Als vehikel gebruiken zij bolletjes ijzer ter grootte van knikkers.

Wanneer deze ijzerbolletjes (pellets) worden gestoomd met waterdamp (H2O), komt de waterstof (H2) uit het water vrij en neemt het ijzer de zuurstof (O) op. Het ijzer verandert dan in ijzeroxide (roest).

Als dat ijzeroxide later opnieuw met waterstof reageert, staat het zuurstof af en wordt het weer ijzer. Daarbij komt water vrij. Zo ontstaat een circulair systeem, waarin de pellets als minicontainers voor de benodigde zuurstof fungeren.

 


 


Groene energie

Waterstof geldt als belangrijke speler bij de transitie naar duurzame energie. Waterstof is een energiedrager: het produceren ervan kost energie, maar die komt deels weer vrij als het later als brandstof wordt gebruikt.

Zo kunnen zonne- en windenergie in tijden van overvloed in waterstof worden opgeslagen en desgewenst naar andere locaties worden gebracht.

Dat laatste is lastig, omdat waterstof onder normale omstandigheden een gas is. Het neemt, afgezet tegen de hoeveelheid energie die het bevat, veel ruimte in.


Waterstofdichtheid

Om toch voldoende kilojoules te vervoeren, wordt het meestal ofwel gecomprimeerd tot zeven­honderd bar en in hogedrukvaten vervoerd, ofwel vloeibaar gemaakt door het te koelen tot nét boven het absolute nulpunt. Maar dat kost allebei extra energie. 

‘En ook dan is de waterstofdichtheid nog steeds laag’, zegt Tycho Graat, business manager van team Solid. ‘Met een vat vol pellets kun je tot drie keer meer waterstof maken dan een vat vol gecomprimeerde waterstof bevat.’ Boven­dien gaat het transport als gecomprimeerd gas gepaard met risico’s, want waterstof is licht ontvlambaar.


Sinds 2016

Team SOLID bestaat sinds 2016. Het is ontstaan uit een studentenproject, opgezet door hoogleraar verbrandingstechnologie Philip de Goey. De drie studenten die dit project uitvoerden, waren zo enthousiast dat ze door wilden met de technologie.

Ze richtten zich toen nog niet op het stomen van ijzeren balletjes, maar op het verbranden van ijzerpoeder: het ijzer fungeerde als brandstof in plaats van als transportmiddel. 


Vraag naar pure waterstof

In 2018 slaagde team SOLID voor de eerste haalbaarheidstest: toen toonde het met een ijzerverbrander van twintig kilowatt aan dat de techniek ook economisch interessant kan zijn. In 2020 kwam de eerste startup uit Solid voort: RIFT (zie De Ingenieur van juli 2023).

‘Ook bij RIFT laten ze waterstof met ijzeroxide reageren om ijzer te maken’, zegt Graat. ‘Maar omdat dat ijzer wordt verbrand in plaats van gebruikt om waterstofmoleculen te maken, zijn er minder toepassingen mogelijk dan bij ons huidige project.’

En er is vraag naar pure waterstof. Met de verbranding daarvan zijn veel hogere temperaturen te bereiken dan met de verbranding van ijzer, legt Graat uit. Dat is bijvoorbeeld nodig in de staalindustrie, die nu nog met fossiele brandstoffen werkt. 

 

In SIR One vinden ijzerreacties plaats. Foto: Bart van Overbeeke


SIR One

In mei 2023 presenteerde team SOLID zijn eerste proefreactor voor de stoommethode: de Steam Iron Reactor One (SIR One). Deze werd gebouwd met hulp van projectpartners RIFT, de TU Eindhoven, energie-onderneming DNV en energielab Metalot, en met geld van subsidieverstrekker Metropool Regio Eindhoven.

SIR One kan twintig kilogram ijzer verwerken – dat is goed voor een kilogram waterstof, dus 33 kilowattuur aan energie: genoeg om een personenauto ongeveer honderd kilometer te laten rijden. Het benodigde ijzeroxide komt van Tata Steel, vertelt Van der Kraan. ‘Dat hebben we letterlijk met een grote zeef tussen de productieprocessen van Tata uitgehaald.’


Demoproject

Op dit moment werken de studenten aan manieren om het proces efficiënter te maken, onder andere door de levensduur van het ijzer te verlengen. ‘Als je een pellet meerdere keren door het systeem haalt, verandert de structuur en daarmee de reactiekinetiek. Dat verlaagt de efficiëntie’, zegt Van der Kraan. ‘We willen pellets die het zo lang mogelijk volhouden.’

Het volgende doel is om de reactor op te schalen, in eerste instantie tot SIR Two die een capaciteit moet krijgen van ongeveer vijf­honderd kilowattuur. Uiteindelijk wil team SOLID in 2027 een demoproject draaiende te hebben in de haven van Rotterdam.  


Foto boven: Team SOLID