Eerste binnenvaartschip op waterstof komt eraan

Eerste binnenvaartschip op waterstof komt eraan

Brandstofcel van Nedstack nu geschikt voor maritieme toepassingen

De Nederlandse binnenvaart heeft de ambitie om emissieloos te varen en verwacht daarbij veel van waterstof als energiedrager. In de projecten FELMAR en WEVA zetten partijen uit de sector samen met brandstofcelproducent Nedstack de schouders onder de ontwikkeling van een waterstof-elektrische aandrijflijn voor mariene toepassing. Als alles volgens plan verloopt, vaart binnenvaartschip Antonie binnen drie jaar op waterstof.

De Nederlandse binnenvaart heeft een sterke positie als het om klimaatvriendelijk vervoer gaat. De CO2 emissie per ton vervoerd gewicht per kilometer is er het laagst van alle vormen van transport. Om die positie te behouden wil de sector de komende jaren een aanzienlijke vergroening doorvoeren van de nog grotendeels op diesel gestookte vloot. De stip aan de horizon is zero-emission in 2050, zoals vastgelegd in het klimaatakkoord.

Elektrische schepen kunnen bijdragen aan het behalen van die doelstelling. Ze varen emissieloos zolang ze duurzaam opgewekte elektriciteit 'tanken'. Een uitdaging is nog wel hoe een binnenvaartschip genoeg elektrische energie kan meenemen. Accu-elektrische aandrijving - bij personenauto's inmiddels de benchmark voor klimaatneutraal transport - is voor de binnenvaart op dit moment alleen voor korte afstanden een optie. Voor een grote actieradius zijn véél accu's nodig, en dat gaat ten koste van het laadvermogen. Daarmee wordt het lastig de business case rond te krijgen.

Waterstof biedt hier een uitweg. Het heeft een relatief hoge energiedichtheid waardoor er voldoende brandstof voor een acceptabele actieradius aan boord kan worden gebracht. Bovendien is het snel te tanken (bunkeren heet dat in de scheepvaart). Zo kunnen brandstofcellen die uit - groene - waterstof stroom opwekken, zo mogelijk in een slimme combinatie met accu's, elektrisch varen mogelijk maken. Met water als enige emissie.

Doorbraak in de energietransitie

De binnenvaartsector heeft daarom een Waterstofcoalitie Binnenvaart gevormd waarin verladers en binnenvaartcoöperaties PTC en NPRC zich inzetten voor het verduurzamen van de vervoersketen. "Met een waterstofschip is voor de maritieme wereld een enorme doorbraak in de energietransitie te realiseren", zegt Kees de Vries, projectleider van het WEVA project dat steun krijgt van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO), het Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, en de Europese Unie. "Het is nu zaak zo'n schip in de vaart te krijgen en de haalbaarheid te demonstreren. Dit project kan de doorbraak zijn naar het gebruik van waterstof in de binnenvaart en de kustvaart". 

WEVA is de afkorting voor "Waterstof Elektrisch Vrachtschip Antonie". Het project draait om de nieuwbouw van binnenvaartschip Antonie van Lenten Scheepvaart BV als 100% waterstofschip. Het 135 meter lange schip gaat zout vervoeren van de zoutfabriek van Nouryon (voorheen AkzoNobel) in Delfzijl naar de Botlek in Rotterdam. Projectpartners zijn de NPRC, Lenten Scheepvaart, motorenleverancier Koedood Marine Group en brandstofcelproducent Nedstack. Nouryon levert de groene waterstof. 

De Vries: "Met de Antonie willen we laten zien dat het technisch en economisch haalbaar is om een binnenvaartschip uit te rusten met een waterstof-elektrische aandrijflijn. Tegelijkertijd willen we een nieuwe methode voor het bunkeren en opslaan van waterstof demonstreren." Een tweede en derde schip zijn ondertussen ook al in ontwikkeling, meldt De Vries. 

PEM brandstofcel

Nedstack heeft de afgelopen jaren flinke vooruitgang geboekt met het geschikt maken van zijn PEM brandstofcellen voor mariene toepassingen in nauwe samenwerking met Koedood. In een consortium met MARIN, Damen Shipyards Group, Future Proof Shipping, Marine Service Noord en Holland Ship Electric is bij MARIN in Wageningen een complete operationele proefopstelling ontwikkeld. Ook dit gebeurde met steun van RVO, in het project FELMAR - een acronym van 'First ELement MARine'. 

Nedstack's CCO Roel van de Pas, FELMAR projectcoördinator, legt uit dat Nedstacks brandstofcellen ontworpen zijn voor 'missiekritisch hoog vermogen' - dat wil zeggen hoog elektrisch vermogen in continubedrijf. Dat stelt hoge eisen aan betrouwbaarheid en bedrijfszekerheid, en gaat gepaard met een ontwerp dat eenvoudige inspectie en service faciliteert. "Dat zijn precies de uitgangspunten die de cellen geschikt maken voor toepassing in binnenvaartschepen", aldus Van de Pas, "met name in de grotere schepen die veel bedrijfsuren maken." 

Voldoen aan vermogensbehoefte is cruciaal

Uiteraard stelt de combinatie van brandstofcellen met een elektrische aandrijflijn voor de binnenvaart speciale eisen. Zo is het systeem getest in een 'hexapod' opstelling die de bewegingen simuleert van een schip dat op de golven deint. Daarbij is het bijvoorbeeld van belang dat de koelwaterstroom van de brandstofcel in stand blijft. Overigens geldt dat vooral bij meer extreme omstandigheden zoals in zeehavens en bij short sea toepassingen (kustvaart).

Belangrijk bij de 'marinisering' van de brandstofcel is ook dat het aandrijfsysteem aan de maritieme klasseregels aan de vermogensbehoefte van het schip voldoet. Stroomopwaarts, stroomafwaarts en bij het manoeuvreren en aanmeren. "De schipper moet in dit opzicht het verschil met een dieselmotor niet merken  ", zegt Roel van de Pas. Dat leverde een configuratie op waarin de brandstofcel wordt gecombineerd met een accu voor het leveren van piekvermogens. De FELMAR testconfiguratie bevat een brandstofcel van 40 kW, waarbij parameters als de elektrische spanning en de waterstofdruk de grootte-orde hebben die voor mariene toepassing relevant is. Binnenkort vinden de laatste tests plaats onder praktijkomstandigheden in het nieuwe zero-emission lab van MARIN. 

Nedstack heeft inmiddels systemen van 200 en 500 kW voor mariene toepassing in voorbereiding. Het bedrijf is onlangs strategische samenwerking aangegaan met belangrijke spelers zoals Koedood, General Electric en Damen Schelde Marine services. Overigens ziet Van de Pas niet alleen in de binnenvaart kansen voor waterstofschepen, maar ook in sectoren als kustbeheer, baggerwerk, havenbedrijven en veerdiensten. "Dat zijn sectoren waar de overheid een hele belangrijke opdrachtgever is. En je mag verwachten dat die er als 'probleemeigenaar' veel aan gelegen is om zero-emission oplossingen te stimuleren. Ik verwacht dat daar dus veel belangstelling voor waterstof zal komen."

Waterstof bunkeren

Veel zal afhangen van de praktijkervaring met de Antonie. Daarbij is niet alleen de prestatie van de aandrijflijn van belang, maar ook het bunkeren van de waterstof. Voor deze proef is de beschikbaarheid van het gas geen probleem, het is zowel bij de laad- als de loshaven voorhanden. Maar om daarna op grotere schaal het varen op waterstof te faciliteren, zal het in veel binnenhavens beschikbaar moeten zijn. En het aanleggen van een waterstofinfrastructuur in zo'n haven vergt grote investeringen. Daarom wordt nu een alternatief onderzocht met waterstoftanks ter grootte van een standaard container. Het bunkeren van waterstof houdt dan niet meer in dan het vervangen van een lege waterstofcontainer door een volle. Als het lukt een landelijk distributienetwerk van waterstofcontainers van de grond te krijgen, staat niets grootschalige implementatie nog in de weg. 

PROFIEL Nedstack

Nedstack is een spin-out van AkzoNobel. De daar aanwezige kennis van polymeren, composieten en katalysatoren vormde een solide basis voor de ontwikkeling van PEM (proton exchange membrane) brandstofcellen. De economische drijfveer was dat bij de chloorproductie van AkzoNobel veel waterstof vrijkomt. Brandstofcellen genereren zo een waardevol product (elektriciteit) uit een bijproduct waar destijds nog weinig vraag naar was. Inmiddels is AkzoNobel's chemie-business, waaronder de chloorproductie, verkocht en verzelfstandigd onder de naam Nouryon.

Nedstacks CCO Roel van de Pas schat dat grote stationaire systemen voor veeleisende (industriële) toepassingen ongeveer 10% van de brandstofcelmarkt uitmaken. In dat segment is Nedstack in mondiaal opzicht een van de grote spelers. Het bedrijf produceerde als eerste een PEM brandstofcel op MW schaal en dat is tevens de brandstofcel die met afstand de meeste bedrijfsuren op zijn naam heeft (in de 'PEM Power Plant' bij de chlooralkalifabriek van Nouryon in Delfzijl). Nedstack is ook de producent van 's werelds grootste PEM brandstofcel, met een vermogen van 2 MW, waarmee een Chinese chloorproducent sinds 2016 het geproduceerde waterstof benut.