Industriële hybride en low-NOx waterstofbrander

Inleiding

De waterstofeconomie wordt gezien als één van de belangrijkste stappen op weg naar een duurzame samenleving. Ook de energievoorziening zal moeten overstappen naar waterstof als grondstof. Een belangrijke markt hierin is die van de (industriële) vlampijpketels. Naast nieuwbouwketels voor waterstof als brandstof is er eveneens behoefte aan ombouw van bestaande ketels, teneinde deze geschikt te maken voor (mede-)gebruik van waterstof.

Hybride Systeem

Om te zorgen voor flexibiliteit en zekerheid van warmtelevering, is een hybride systeem - dat zowel op aardgas als op waterstof kan werken - ideaal. Het R&D-consortium heeft als missie een ketelbrander voor industriële toepassingen te ontwikkelen, geschikt voor zowel zuiver waterstof als mengsels van waterstof en aardgas (in iedere gewenste verhouding). De brander zal emissies (CO, NOx, CxHy) opleveren die ruim binnen de overheidsnormen liggen die thans in Nederland en de EU van kracht zijn. Zo wordt een NOx-emissie < 50 mg/m3 bij 3% zuurstof beoogd (daar waar de norm op 70 mg/m3 ligt).

Toepassingsgebieden

Toepassing wordt met name gezocht bij warmwater- of stoomketels (vermogen 1 - 50 MW) die veelal voor stads- en wijkverwarming, gebouwverwarming (flats, ziekenhuizen, bedrijven e.d.) alsmede in de agri-industrie (glastuinbouw) worden toegepast. Ook wordt toepassing voor industriële stoomopwekking tot 150 - 200°C (chemie, food, papier, farmacie e.d.) beoogd.

Projectdoelen

Het R&D-project richt zich op het onderzoeken, ontwikkelen, bouwen en testen van een proof-of-concept (POC) van een hybride waterstofbrander met een vermogen van circa 100 kWth (van TRL 4 naar TRL 6). Het vernieuwende karakter zit hierbij in verschillende aspecten, zoals:

• Het kunnen handelen van de afwijkende (verbrandings)eigenschappen van waterstof middels vlamloze thermische oxidatie.
• Het aanpassen van de brandstof/lucht-verhouding aan de aangeboden gaskwaliteit, zodat efficiënte verbranding van ieder willekeurig waterstof/aardgas-mengsel mogelijk wordt.

Tevens wordt beschikt over een uniek verbrandingsmodel voor gebruik in CFD-simulaties dat het gedrag van de brander alsmede te leveren prestaties zeer goed kan voorspellen.

Aansluiting bij Innovatieagenda's

Het project vindt aansluiting bij de MKB-innovatieagenda voor de Topsector Energie, met name als het gaat om het innovatiethema CO2-vrij industrieel warmtesysteem (NMIP7). Het R&D-project vindt eveneens aansluiting bij de MKB-innovatieagenda voor de Topsector Chemie, met name als het gaat om programmalijn 4C ‘Energie-efficiëntie’. Daarnaast levert het project een significante bijdrage aan de invulling van de Programmalijn Waterstof zoals door het Ministerie van EZ is geformuleerd.

Samenwerking

Het betreft een samenwerking tussen 2 onafhankelijke, innovatieve en Oost-Nederlandse MKB-bedrijven (1 uit Overijssel en 1 uit Gelderland). Mateq Process heeft veel kennis en expertise als het gaat om het (numeriek) modelleren en ontwerpen van combustion & heat transfer processen, terwijl SUSCOMB veel expertise heeft als het gaat om het (mechanisch) ontwerpen, samenbouwen en testen van deze apparatuur. Het Department of Thermal & Fluid Engineering van de UT beschikt over onderzoeksinfrastructuur en faciliteiten om het proof-of-concept (POC) te testen. Daarnaast is er interesse van mogelijke launching customers.

Projectkosten en Looptijd

Het project kent € 357.610,- aan kosten met een gevraagde MIT-subsidie van € 125.163,-. Mateq Process neemt 56,8% van de projectkosten voor haar rekening en SUSCOMB 43,2%. De looptijd van het project is 24 maanden (2021/2022). Het bestaat voor 30% uit industrieel onderzoek en voor 70% uit experimentele ontwikkeling.