Betaalbare en productieve electrolyzer uit de 3D-printer

Een elektrolyzer 3D-printen zodat je kosten en tijd kunt besparen? Het kan! Dat bewees Stephane Weusten. Hij promoveerde erop aan de TU Eindhoven met het proefschrift Demystifying mass transfer in electrolysis through 3D printed reactors. Onderzoek naar het opwekken van goedkopere en efficiëntere waterstof kan hiermee worden versneld.

Elektrolyzers zullen in de toekomst naar verwachting een belangrijke rol spelen bij de energietransitie. De apparaten splitsen met behulp van elektriciteit watermoleculen in waterstof en zuurstof. Maar in hoeverre olie en gas worden vervangen door waterstof, hangt wel af van de prestaties van elektrolyzers. Waterstof is in verhouding tot fossiele brandstoffen een stuk duurder. En alhoewel elektrolyzers al zo’n honderd jaar bestaan, is er in die tijd nog niet veel aan veranderd.

Kosten elektrolyzers

Wetenschappelijke berekeningen en simulaties helpen om meer te weten te komen over het apparaat. Maar werkt de theorie ook in de praktijk? En hoe verbeter je de prestaties van elektrolyzers om ervoor te zorgen dat waterstof ook daadwerkelijk een geduchte concurrent wordt van olie en gas? Testmateriaal is duur omdat het op maat moet worden gemaakt. Het kost ongeveer 3.000 euro om een beperkte set uit te proberen. Daarom koos Weusten ervoor om een 3D-printer te gebruiken.

Hogere reactiesnelheid

Met een 3D-printer zijn de kosten lager. Eenmaal je een 3D-printer hebt, hoef je alleen een rol filament aan te schaffen. Weusten slaagde er echter niet meteen in om een goedwerkend apparaat te printen. “Per verbetering waren we al snel zes versies verder. Op een gegeven moment raak je de tel kwijt.” Stap voor stap werden de problemen geëlimineerd. Zo bleek het lekdicht maken van de elektrolyzer niet eenvoudig. “Stap voor stap kon ik de prestaties verbeteren. Bijvoorbeeld door de geometrie van de electrolyzer aan te passen. Zo veranderde ik de vorm van de inlaat, zodat de moleculen sneller botsten en door de hogere reactiesnelheid er in kortere tijd meer waterstof ontstond. Ook paste ik de 3D-electroden aan. In totaal ontstond er door alle aanpassingen een zeven keer hogere reactiesnelheid.”

Sneller testen

“Toch zit de winst vooral in het 3D-printen”, stelt de onderzoeker. “In het verleden gebruikten we zelden een 3D-printer voor het bouwen van elektrolyzers. Nu kunnen andere onderzoekers ook hiermee aan de slag en sneller hun theorieën testen. Daarmee breng je het onderzoek naar elektrolyzers en waterstof in een versnelling, en dat is pas echt de meerwaarde van mijn werk.”

Bron en beeld: TU Eindhoven