H2-ready: ontwikkelen van materialen geschikt voor waterstof

De toepassingen van waterstof komen in meerdere industriële sectoren terug. En daarnaast moet waterstof, voordat je het kan gebruiken in deze toepassingen, ook eerst nog geproduceerd worden. We definiëren een viertal segmenten waarin de ontwikkelingen van waterstof toepassingen steeds meer zichtbaar worden: OEM, waarin bedrijven zitten die apparaten en machines ontwikkelen waarmee je waterstof kunt produceren, opslaan, filteren of opslaan. Transport, waarbij waterstof als dé oplossing van de toekomst wordt gezien om fossiele brandstof te vervangen. HVAC is een derde segment, waar een sterke ambitie aanwezig is om CV-ketels te ontwikkelen die volledig op waterstof draaien. Het laatste segment zijn EPC-projecten, waarin plants worden ontwikkeld voor opdrachtgevers met als doel waterstof te maken.

Het gebruik en de toepassingen van waterstof zijn voor iedereen relatief nieuw. Het is dan ook niet altijd bekend hoe waterstof precies reageert op (een combinatie van) bepaalde productiefactoren. En of het in een bepaalde productieomgeving überhaupt wel mogelijk is om waterstof toe te passen. Daar ligt ook meteen de eerste uitdaging. Binnen elke sector bepalen normeringen namelijk waar een apparaat of onderdeel aan moet voldoen, wat de eisen zijn. Dat geeft richting aan het eindresultaat, omdat je als machinebouwer dan zeker weet dat je iets maakt wat geschikt is voor een bepaalde toepassing. Voor waterstof ontbreekt dat nog. Er wordt momenteel wel hard aan gewerkt om dit op korte termijn te realiseren.

Een andere grote uitdaging is de beschikbaarheid van waterstof. Mede door het gebrek aan een normering, de onzekerheden over de effecten binnen bepaalde toepassingen en de nu nog erg kostenintensieve manier om waterstof te produceren, zorgen ervoor dat het nog niet op grote schaal beschikbaar is.

Een derde uitdaging is meer van technische aard. Waterstof is het kleinste molecuul dat we kennen. Bijvoorbeeld het afdichten van zo’n klein molecuul is gewoon erg lastig, omdat het makkelijk ergens doorheen gaat. Een normering geeft aan wat de toelaatbare hoeveelheid waterstof is wat door bepaald materiaal heen mag komen. Wanneer onderzoek naar de permeabiliteit duidelijk maakt hoeveel dat is, dan kan je gericht met bepaalde materialen werken. Zolang die normering er niet is, blijft het nog vaak een inschatting op basis van eigen kennis en ervaring van wat wel en niet mogelijk is. 

De ketelbouw is een sector waarin het testen op materialen van groot belang is. Ketels bevatten met name veel rubber onderdelen die allemaal geschikt moeten zijn om geen of slechts een minimale hoeveelheid waterstof door te laten. Een van de onderdelen die veel in ketels terugkomen, zijn afdichtingen. Tot voor kort was er weinig bekend over de permeabiliteit van rubbers in relatie tot waterstof. Daarom heeft ERIKS vier belangrijke materialen, die nu al gebruikt worden voor de kritische afdichtingen binnen ketels, ook op permeabiliteit van waterstof getest. De resultaten uit de test laten voor deze materialen een zeer lage permeabiliteit zien.

Met deze gegevens kan een ketelbouwer de permeabiliteit op meerdere temperaturen berekenen. Ook kan men met deze data en berekeningen aantonen dat afdichtingen uit deze materialen geschikt zijn voor toepassingen in een ketel. Hierbij moet wel worden opgemerkt dat de onderzoeken die we tot nu hebben gezien nog op vrij lage drukken zijn uitgevoerd, onder de 30 bar. Er zijn nog veel toepassingen denkbaar waar de druk vele malen hoger is. Wanneer we met dergelijke toepassingen aan de slag gaan, dan zullen er zeker nog nieuwe onderzoeken moeten volgen welk effect dat heeft op de permeabiliteit.

Permeabiliteit is overigens niet de enige factor in de samenstelling van het juiste materiaal binnen een waterstof toepassing. In samenspraak met grote marktpartijen, die zich actief bezighouden met de energietransitie en daarvoor producten en technologieën ontwikkelen, kijken we wat er nodig is aan materialen. En hoe deze uiteindelijk in het product worden toegepast. Naast de eisen aan permeatie spelen ook andere parameters zoals temperatuur, druk, chemische en elektrische isolatie een rol. Samen bepalen deze factoren hoe de samenstelling van het materiaal wordt en welke bestendigheid en mechanische eigenschappen van het materiaal verlangd worden. Daaruit kunnen we een pakket van eisen opstellen en gaan we bij Elastomer Research Testing aan de slag met een receptuur waarmee we de eerste testen uitvoeren. Hier voeren we verschillende verbeterslagen door tot we een materiaal hebben dat we in producten verwerken waarmee de klant veldtesten kan doen. Bij validatie van de klant kan dit tot een ERIKS compound worden omgezet.

ERIKS heeft als duurzaamheidsstrategie om de industrie toekomstbestendig te maken. Daarom werken we aan een assortiment producten dat geschikt is om de overstap naar waterstof te kunnen maken. ERIKS is op het gebied van product- en materiaalontwikkeling verreweg de grootste. In combinatie met de kennis die aanwezig is bij bedrijven die internationaal onder de ERIKS paraplu werken, wordt er hard gewerkt om de toepassingen van waterstof verder in Europa onder de aandacht te brengen. We hebben daarvoor al in verschillende landen diverse projecten opgestart.

De toegevoegde waarde van ERIKS zit vooral in het uitdenken en ontwikkelen van materialen die geschikt zijn voor toepassingen met waterstof. Daarnaast sluiten we ook vaak al in de ontwerpfase aan bij machine- en apparatenbouwers om mee te denken hoe materialen het beste in het ontwerp geïntegreerd kunnen worden. Om te anticiperen op de verschillende productieomgeving waarin waterstof wordt toegepast heeft ERIKS bijvoorbeeld al een range materialen ontwikkeld die toegepast kunnen worden of dicht tegen introductie aan zitten. Wanneer ons doel slaagt om steeds meer ERIKS compoundnummers in de ontwerpen van OEM’ers terug zien komen, gaan we met de toepassingen met waterstof in de industrie een duurzamere toekomst tegemoet.