Subsidie €2,5 mln onderzoek Philip de Goey

De Europese Unie geeft een extra impuls aan het vlot lopende onderzoek naar ijzerpoeder als middel voor de opslag van energie. Hoogleraar verbrandingstechnologie Philip de Goey (TU Eindhoven) krijgt een subsidie van €2,5 mln van het European Research Council voor fundamenteel onderzoek. In vijf jaar tijd moet het mogelijk zijn hoge temperatuur warmte of stoom met een vermogen van 10 MW voor toepassing in de industrie te kunnen leveren, denkt De Goey.

Het onderzoek van De Goey aan de Technische Universiteit Eindhoven is de afgelopen jaren in een stroomversnelling terecht gekomen. Drie jaar terug wierp de TU/e zich op als leider van een consortium voor onderzoek naar ijzer in poedervorm als alternatieve brandstof. Een jaar later kondigde de TU/e de bouw van een testfaciliteit aan, met onder meer steun van energiebedrijf Uniper en de provincie Noord-Brabant. En een jaar geleden kwam de aankondiging van opschaling van een kleinschalige laboratoriumopstelling naar een demonstratiemodel voor industriële toepassing met een vermogen van 100 kW.

In Budel Dorplein is voor deze ontwikkeling onder de hoede van provincie Brabant, gemeente Cranendonck, zinkproducent Nyrstar en TU/e het onderzoekscentrum Metalot opgezet. Budel Dorplein, onder Eindhoven, is tevens vestigingsplaats van Nyrstar, dat een van de grootste elektriciteitsverbruikers is van Nederland.

IJzerpoeder kan een functie hebben als medium om hernieuwbare energie in op te slaan. Dit werkt als volgt: ijzerpoeder is brandbaar en kan dienen als brandstof voor stoomturbines waarmee warmte en/of elektriciteit wordt geproduceerd. Verbranding is een reactie met zuurstof en dus ontstaat bij dit proces ijzeroxide, met andere woorden: roest. Aan dit ijzeroxide (vooral in de vorm Fe₂O₃) is zuurstof weer te onttrekken (reductie) door een reactie met waterstof, resulterend in ijzerpoeder en water, of door elektrolyse in een zuurbad. Hernieuwbare energie (elektriciteit of met elektriciteit geproduceerde groene waterstof) wordt gebruikt bij het reductieproces. Het ijzerpoeder kan vervolgens opnieuw worden verband wanneer dat nodig is, en wordt dus over langere tijd steeds hergebruikt.

“Het model van 100 kW is nu klaar voor een demonstratie bij Swinkels”, zegt De Goey in een telefonische toelichting en verwijzend naar de Brabantse familie achter brouwerij Bavaria, participant in het project. “De brander werkt, het verbrande ijzerpoeder wordt afgevangen en er komt stoom uit dat is te gebruiken in het stoomsysteem van de brouwerij.” Alleen de corona-pandemie gooit nu roet in het eten. De brander staat voorlopig nog gestald bij het bedrijf waar hij is gebouwd, EM Group in Geleen.

De brander is nog rudimentair, zegt De Goey. Met name is er nog sprake van veel warmteverlies dat door metingen zal worden geanalyseerd en in de volgende versie verbeterd. Deze volgende brander (vermogen 1 MW) ligt inmiddels op de tekentafel en zal ook compacter worden dan het huidige demonstratiemodel, aldus De Goey. “Meer een industrieel systeem.” Ook is besloten om de positie van de brander in deze 1 MW installatie te wijzigen om het ijzerpoeder beter op te kunnen vangen. Nu is de brander horizontaal gepositioneerd en in de toekomst wordt dit verticaal, dat wil zeggen dat de brander naar beneden brandt. Een gebruikelijke opstelling, aldus De Goey, die het met name makkelijker maakt om het verbrande ijzerpoeder op te vangen.

Terwijl de 1 MW installatie nu op de tekentafel ligt, denkt De Goey al verder vooruit. “We werken aan een levensvatbaar project van 10 MW in 5 jaar. We denken dat dat mogelijk is en dat er in de industrie een markt voor is als vervanging van aardgas voor hogetemperatuurwarmte.” Waterstof wordt ook vaak genoemd als middel hiervoor maar heeft een groot volume en is lastig op te slaan. Eigenlijk is dit dus alleen een optie voor bedrijven die directe toegang hebben tot waterstof, bijvoorbeeld door de nabijheid van een leiding. “IJzerpoeder is herbruikbaar en dus voor grootschalige langetermijnopslag off grid het meest interessant”, denkt De Goey.

Tegelijkertijd werkt De Goey ook met energiebedrijven Uniper en RWE aan een roadmap om binnen tien jaar een kolencentrale om te bouwen. “Daar wordt nu poederkool de ketel ingeblazen en verbrand, en dat willen we vervangen door ijzerpoeder”, zegt De Goey. “In principe moet dat kunnen want het proces is niet zo heel veel anders.”

Als deze tijdlijn wordt gehaald zou dit precies op tijd zijn voor het ingaan van het verbod op het verstoken van kolen in 2030, mits dat niet verandert nu de regering onder druk staat wegens het Urgenda-vonnis. Uniper en RWE hebben gezamenlijk drie kolencentrales in bezit in Nederland.

Financiering voor deze ontwikkeling loopt inmiddels tegen de €7 mln, gelijkelijk verdeeld over overheid en bedrijfsleven. Naast de middelen die de provincie Noord-Brabant een jaar geleden in het onderzoek stak, heeft inmiddels het regionale programma OP Zuid (Zeeland, Noord-Brabant en Limburg) ook financiering toegezegd. De lijst sponsors uit het bedrijfsleven telt “steeds grotere namen”, aldus De Goey. Naast Uniper, dat twee jaar geleden al aanhaakte, steunen nu ook Shell en Enpuls (onderdeel netwerkbedrijf Enexis) het project, naast het al genoemde energiebedrijf RWE.

Terwijl de ontwikkeling van de brander voortgaat, ziet De Goey ook een noodzaak voor vergroting van de fundamentele kennis van ijzerverbranding. Daartoe diende hij zelf een aanvraag is voor ondersteuning bij het European Research Council dat fundamenteel onderzoek in alle vakgebieden financiert. Eind maart maakte dit ERC de namen bekend van 185 wetenschappers in heel Europa die gezamenlijk in totaal €450 mln kregen toegezegd.

De Goey kreeg €2,5 mln toegewezen. “Met dit geld kan ik de komende vijf jaar zes promovendi onderzoek laten doen naar de basisprincipes van ijzerverbranding want daar weten we eigenlijk nog weinig van”, zegt De Goey. De zes zullen in tweetallen drie deelaspecten onderzoeken. Allereerst het verbranden van één deeltje ijzer: wat is de ideale grootte, hoe warmt het op, smelt en oxideert het en welke dampen komen er van af? De tweede vraag is hoe de ijzerdeeltjes elkaar aansteken, hoe de vlam overspringt. Het laatste onderzoek is naar het gedrag van de totale vlam. “Deze kennis hebben we nodig om een werkelijk goede brander te kunnen bouwen”, stelt De Goey.