Natriumboorhydride als waterstofdrager voor luchtvaarttoepassing (2021-2022)
Ook de luchtvaart moet vergroenen: de uitstoot van broeikasgassen door het gebruik van fossiele kerosine in de luchtvaart moet uiterlijk in 2050 volledig zijn teruggedrongen. Hiervoor wordt naar verschillende alternatieven gekeken, zoals synthetische kerosine en waterstof. Bij de inzet van waterstof in vliegtuigen zijn er twee hoofdroutes: directe verbranding van waterstof in gasturbines of een combinatie van brandstofcellen en elektrische motoren. De hoge energiedichtheid van kerosine steekt gunstig af ten opzichte van de opslag van gasvormig waterstof onder hoge druk, of als vloeibare waterstof bij cryogene temperaturen. Er is echter nog een methode om waterstof met een hoge energiedichtheid op te slaan: in metaalhydriden.
H2Fuel is een gepatenteerde techniek voor de productie, opslag en vrijgave van waterstof. De productie behoeft geen elektrolyse, de opslag vindt onder atmosferische omstandigheden plaats in een poeder en de vrijgave gebeurt zonder toegevoegde energie met ultra puur water, waarbij niet alleen de in het poeder opgeslagen waterstof voor 100% vrijkomt, maar ook eenzelfde hoeveelheid waterstof uit het water.
In droge poedervorm kan het waterstof oneindig lang en eenvoudig bewaard worden zonder veiligheidsrisico’s en kent tijdens het hele proces van productie tot en met toepassing geen enkele schadelijke uitstoot. Na gebruik kunnen de reststoffen weer geregenereerd worden tot poeder met daarin opgeslagen waterstof: dit maakt H2Fuel een echt circulaire brandstof. Tevens is H2Fuel inzetbaar in vele andere sectoren van de economie en samenleving.
Doel
Het doel van deze haalbaarheidsstudie is het vaststellen of er op een efficiënte manier gebruik gemaakt kan worden van natriumboorhydriden(NBH) als opslagmethode voor waterstof aan boord van vliegtuigen en zo een significante bijdrage kan leveren aan de verduurzaming van de luchtvaart.
Werkwijze
Om de haalbaarheid te bepalen, is het systeemconcept van de natriumboorhydride-waterstof extractor geanalyseerd door H2CiF en H2Fuel. Hierbij is specifiek onderzoek gedaan naar de invloed van natriumboorhydride concentraties op het reactie proces voor het vrijmaken van de waterstof. Immers, hoe hoger de concentratie waaronder de reactie plaats vindt, des te minder ultra puur water er mee genomen hoeft te worden.
De verschillende concentraties en de daarbij behorende start- en landingsgewicht van de mee te nemen H2fuel en upw zijn door NLR ingepast in bestaande modellen voor vliegtuig-powertrains en de performance en is beoordeeld met bestaande vliegtuigmissie-simulatiesoftware. In de missiesimulaties wordt door NLR het vliegbereik en de uitstoot van schadelijke stoffen vergeleken met vliegtuigen aangedreven door waterstof uit gas- of vloeistoftanks. Dit is beoordeeld in verschillende vliegtuigklassen short, medium en long range.
Conclusies
De volgende punten kunnen als conclusie worden geïdentificeerd:
1. Uitgaande van de huidige waterstof extractie methode is de balans gezocht worden tussen concentratie mee te nemen H2fuel en UPW zonder dat kristallisatie optreedt, de hoeveelheid UPW die terug gewonnen wordt uit de brandstofcel om de concentratie van de h2fuel te verlagen en de hoogste concentratie waarbij de extractor voldoende efficiënt werkt.
2. Via bovenstaande methodiek is veel gewicht besparing mogelijk ten opzichte van de tot nu toe gebruikte concentraties. Tijdens dit onderzoek is veel kennis vergaard over mogelijkheden de concentratie van H2Fuel in de reactie te verhogen, waarbij nieuwe mogelijkheden gevonden zijn bij de lage temperaturen toch de noodzakelijke viscositeit te kunnen handhaven.
3. Binnen de randvoorwaarden van dit onderzoek is geconcludeerd dat voor het type vliegtuig, waarop het onderzoek is gebaseerd, NBH als brandstof kan functioneren binnen de onderzochte range.
Simulaties van NLR zijn gedaan tot vluchten van 1000 km range en is gebleken dat deze vorm van emissieloze brandstof succesvol kan zijn, op basis van de waarden gevonden bij conclusie 1.
4. De resultaten van verhoogde concentraties opgeloste H2Fuel resulteren in minder gewicht van de totale installatie en brandstof en zullen daardoor beter toepasbaar zijn voor vrachtwagens en zwaar materieel.
Aanbevelingen
1. Dit haalbaarheids onderzoek is op basis van deskresearch gedaan. Dit is dus een Proof of Principle. De volgende stap kan gezet worden om een proof of concept te maken, waarbij het deskresearch in het laboratorium geverifieerd wordt, door de verschillende onderdelen van het proces onder de juiste condities te laten functioneren.
2. Dit ook in andere sectoren als verduurzaming door te voeren.
| Naam deelnemer | Type organisatie | Rol in project |
|---|---|---|
| H2 CVircular Fuel BV (H2Cif) | Onderneming | Projectleiding, toepassingsontwikkeling |
| H2 Fuel BV | Onderneming | Expertise metaalhydriden |
| Stichting Nationaal Lucht- & Ruimtevaartlaboratorium (NLR) | Onderzoeksinstelling | Expertise luchtvaart |
