Directieschip Havenbedrijf Amsterdam Neo Orbis gaat op waterstofpoeder varen

Door aan dat poeder 100% zuiver gedistilleerd water (puur water) en wat katalysator toe te voegen, komt een reactie op gang waarmee in een reactorvat niet alleen waterstof vrijkomt uit natriumboorhydride, maar ook uit het water zelf. Het overblijvende natriumboor en de vrijkomende zuurstofatomen uit het water binden zich daarbij tot natriumbooroxide (NaBO2). De waterstof stroomt via een buffervat naar een brandstofcel, het natriumbooroxide naar een opslagtank. Dat kan vervolgens in een kleine fabriek op de wal weer worden geregenereerd tot natriumboorhydride. Zo ontstaat een gesloten kringloop. ‘Dan wordt er weer waterstof aan toegevoegd’, zegt innovatie-manager Jan Egbertsen van Port of Amsterdam.

Aanbesteding

‘De aanbesteding voor het schip is inmiddels Europees gepubliceerd en we maken binnenkort een werfkeuze’, zegt Egbertsen. ‘Op die werf zal ook de boorhydride-unit, een brandstofcel, batterijenpakket en een circa 100 kW sterke elektromotor worden geïnstalleerd. Medio volgend jaar heeft dan de eerste proefvaart plaats.’

De Neo Orbis (Nieuwe Wereld) krijgt de maten van een Amsterdamse rondvaartboot. ‘Het wordt een representatief schip, dat we toch al wilden bouwen’, zegt Egbertsen. ‘Het zal worden gebruikt om met gasten van de stad de Amsterdamse haven te bezoeken.’

Met de inbouw van de waterstof-applicatie van H2 Circular Fuel wordt het nu nog alleen in een laboratorium functionerende systeem opgeschaald naar een groter vermogen en kan het in de praktijk worden getest. Bedoeling is in een volgende fase een installatie van ruim 300 kW te plaatsen in een binnenvaartschip. ‘Het systeem is opschaalbaar. Maar op dit moment wacht iedereen nog de testresultaten af’, aldus Egbertsen. ‘Binnenvaartreders volgen het project echter op de voet. Ook vanuit de shortsea is belangstelling. Je kunt op schepen beter uit de voeten met waterstofpoeder dan met waterstofgas in hogedruktanks vanwege de grotere veiligheid en de hogere energiedichtheid.’

Opschaling realistisch

Ir Klaas Visser, universitair hoofddocent marine engineering aan de TU Delft, is een van de trekkers van het project. De oud-marineman acht toepassing van het systeem op grotere schaal zeer realistisch, vanwege de grote energiedichtheid van waterstofpoeder. ‘Een kuub in poedervorm bevat 7,5 MWh energie. Dat is minder dan dieselolie, maar een stuk meer dan methanol en veel meer dan een kuub tot 700 bar samengeperst waterstofgas. Daar komt de opslag van een voorraad puur water natuurlijk nog bij, maar dat kan op schepen ook ter plekke worden geproduceerd, met behulp van restwarmte en vrijkomend water uit de brandstofcellen, of een omgekeerd osmose-systeem.’

Wat overblijft is de opslag van de te recyclen reststof natriumbooroxide. ‘Qua gewicht en volume lijkt dat geen grote beperking’, zegt Visser. ‘Het boraat is weliswaar zwaarder, maar dat wordt toch grotendeels gecompenseerd door de afname in gewicht van het verbruikte boorhydride.’

Regeneratiefabriek

Boraat dient straks als basisstof in de regeneratiefabriek. De stof wordt daar weer gekoppeld aan waterstof voor de productie van natriumboorhydride. ‘Boraat is niet zo duur en ruim beschikbaar’, zegt Visser. Dat waterstof weer vrijkomt via hydrolyse is volgens Visser volledig aangetoond. ‘De regeneratie van het boraatoxide, dat als restproduct overblijft, is experimenteel ook al aangetoond en wordt nu onderzocht op opschaalmogelijkheden.’

Momenteel worden twee regeneratieprocessen onderzocht. ‘Een in Delft, waarvoor zelfs geen apart waterstofgas nodig is om de waterstofatomen te koppelen voor de productie van natriumboorhydride’, zegt Visser. ‘Bij dit mechano-chemische principe wordt het aanwezige kristalwater gebruikt (2H2O) om het natriumbooroxide (NaBO2) te regenereren. Dan is alleen groene energie nodig voor de mechanische bewerking. En de Universiteit van Amsterdam (UvA) ontwikkelt tegelijkertijd een elektrochemische methode.’

In de regeneratiefabriek komt waarschijnlijk ook een 100 kW elektrolyser te staan voor de productie waterstof met groene stroom.

Energieverbruik

Het energieverbruik van de verschillende omzettingsprocessen is nog niet bekend. ‘Belangrijkste vinden we dat het proces circulair is en tot een acceptabele prijs voor een kilo waterstof leidt. Target is 1 tot 2 euro per kilo en dat lijkt realistisch.’

Visser ziet de nieuwe waterstofdrager als een serieuze optie voor binnenvaart, shortsea, visserij, veerboten, marineschepen, baggerij en superjachten. ‘Het is ook een optie voor energietransport over zee van in zonrijke landen opgewekte groene energie naar landen die dit willen importeren.’

Ammoniak en methanol

Ook dr Chris Slootweg, die het onderzoek op de UvA leidt, ziet voor de scheepvaart voordelen ten opzichte van methanol en ammoniak. ‘Het grote voordeel van NaBH4 is de veiligheid. Ammoniak is toxisch, stinkt enorm en is lastig toepasbaar in een bebouwde omgeving. Methanol is als waterstofdrager voor de scheepvaart niet emissieloos. Het levert CO2-uitstoot op. Om de klimaatdoelen te halen is een negatieve uitstoot van CO2 de enige optie. Vandaar dat wij vol inzetten op circulaire, emissieloze waterstofdragers met een hoge energiedichtheid.’

H2SHIPS en SH2IPDRIVE

De bouw van het schip is onderdeel van het Europese Interreg-project H2SHIPS, waarin de Technische Universiteit Delft, Port of Amsterdam en Tata Steel de Nederlandse deelnemers zijn. Het H2SHIPS-project heeft als doel de haalbaarheid van waterstof voor scheepsvoortstuwing aan te tonen. De bouw van het waterstofpoeder-schip in Amsterdam is één van de twee pilots om de marktintroductie te onderzoeken. Patricia Haks is binnen Port of Amsterdam projectleider voor de bouw van het nieuwe schip

Daarnaast maakt Port of Amsterdam, samen met de UvA en 21 andere bedrijven en organisaties, deel uit van SH2IPDRIVE (Sustainable Hydrogen Integrated Propulsion Drives), een consortium dat zich richt op de toepassing van waterstof in de maritieme sector. In december 2021 ontving SH2IPDRIVE een subsidie van 24,2 miljoen euro uit het R&D Mobiliteitsfonds. De deelnemers leggen daar 9,4 miljoen bij, zodat het totale projectbudget 33,6 miljoen euro bedraagt.

Hoofddoel van SH2IPDRIVE is de ontwikkeling van emissievrije voortstuwings- en energiesystemen voor schepen op waterstof. Er wordt onderzoek gedaan naar vier verschillende vormen: gecomprimeerd waterstofgas, vloeibare waterstof, waterstof gebonden aan vloeibare dragers en waterstof gebonden aan boorhydriden.

Verder gaat geld naar onderzoek naar brandstofcelsystemen met een hogere vermogensdichtheid, langere levensduur en groter vermogen. Het team gaat ook technische standaarden ontwikkelen voor opslag van waterstof in de scheepvaart en de integratie van waterstoftechnologie in het scheepsontwerp. Future Proof Shipping is de projectleider. Deelnemers zijn verder onder meer Koedood, Marin, TU Delft, Holland Shipyards, H2Fuel, Shell, Concordia Damen, Defensie, Nedstack, UvA, IHC en shortsearederij Van Dam.