Kapp maakt gebruik van cookies om de bezoekers van onze website de best mogelijke ervaring te bieden en voor het analyseren van bezoekersgedrag waarmee we onze website kunnen verbeteren.

Waterstof

Onze missie

Waterstof, ammoniak en warmteoverdracht onlosmakelijk verbonden

De sector voor groene waterstof in de Benelux ondervindt momenteel duidelijke tegenwind. Aanhoudend hoge elektriciteitsprijzen en een gebrek aan industriële afnemers die zich langdurig willen vastleggen, remmen de ontwikkeling van projecten in de hele regio. Verschillende initiatieven bevinden zich nog in een vroege planningsfase, doordat investeerders en andere betrokken partijen een voorzichtige houding aannemen.

Ondanks deze uitdagingen zien we bij Kapp dat het gaat om een tijdelijke vertraging en niet om een structurele terugslag. Waterstof wordt nog altijd breed beschouwd als een van de pijlers van Europa’s langetermijnstrategie voor het terugdringen van de CO₂-uitstoot en het realiseren van de energietransitie. De bredere trend is glashelder: de waterstofeconomie evolueert naar een mondiaal systeem waarbij productie en consumptie geografisch van elkaar worden ontkoppeld.

Zo zien we nu al dat waterstof (H2) op steeds grotere schaal wordt geproduceerd via elektrolyse op plekken waar duurzame elektriciteit (zoals zonne- en windenergie) in overvloed en kosteneffectief beschikbaar is, zoals in Namibië, het Midden-Oosten en Zuid-Amerika. In dit proces zien we een groot potentieel voor ammoniak: Omdat gecomprimeerd waterstofgas lastig over lange afstanden te transporteren is, wordt het op de productielocatie direct omgezet in ammoniak (NH3). Gekoeld tot een vloeistof van -33°C onder atmosferische druk heeft ammoniak een aanzienlijk hogere volumetrische energiedichtheid, waardoor het via bestaande maritieme infrastructuur (zoals LNG-carriers) efficiënt en kosteneffectief wereldwijd kan worden vervoerd. Ammoniak vormt daarmee de brug tussen continenten om schone energie te verplaatsen.

Bij Kapp focussen we ons op de complete keten: van de initiële waterstofproductie tot het transport en het uiteindelijke kraken van ammoniak. Omdat veel van deze processen wereldwijd nog niet volledig zijn uitgekristalliseerd, is onze benadering in deze markt: “Here to teach, here to learn”. Door samen met andere experts uit de sector te innoveren, kunnen we de energietransitie in een stroomversnelling brengen.

Onze benadering in deze markt is daarom: “Here to teach, here to learn”.

Jeroen van Ruitenbeek – Algemeen Directeur

WAT WE BELOVEN

Lagere CAPEX én OPEX

Met de schreeuw naar duurzame energie komen grote uitdagingen kijken. Groene waterstof en ammoniak zijn mooie ontwikkelingen, maar veel processen vragen om een optimalisatieslag. De juiste techniek is zo duurzaam en efficiënt mogelijk. Op gebied van warmteoverdracht hebben wij de antwoorden. En we beloven een lagere CAPEX én OPEX.

Compacte, veilige en efficiënte oplossingen

Elke stap van waterstofproductie kent risico’s en uitdagingen. Kapp kent het klappen van de zweep. De juiste warmtewisselaar is compact genoeg om voldoende ruimte voor andere componenten over te laten, bestand tegen en berekend op de media, temperaturen en drukken om veiligheid te kunnen garanderen en zó efficiënt dat er een minimum aan waardevolle energie verloren gaat.

Gegarandeerd de beste oplossing

We verdiepen ons al erg lang in het waterstofproces, gewoonweg omdat we waterstof een gigantische kans toedichten dé duurzame energievorm van de toekomst te worden, vooral voor de industrie. Daardoor weten we nu exact hoe we processen en projecten van opdrachtgevers fundamenteel kunnen verbeteren. We investeren in de offertefase al veel tijd in het analyseren van jouw parameters, het proces en installatie. Zo krijg je de garantie dat de oplossing die we aandragen altijd de beste is.

We voldoen aan de strengste eisen

Kapp voldoet al bijna 30 jaar aan de strengste eisen en we zijn bekend met de kritische factoren in de gehele industrie. Al onze producten voldoen aan de kwaliteitseisen en normeringen die relevant zijn voor de industrie, waaronder: PED, ASME VIII, EN13445, AD2000, API660, API661, API662, TEMA, ISO 9001, ISO 14001

onze oplossingen

Zo kunnen we jouw waterstofproces verbeteren

Om groene waterstof te produceren is duurzaam opgewekte elektriciteit een vereiste. Elke uitdaging in het waterstofproces benaderen we met dat in het achterhoofd. In elke stap in het waterstofproductieproces worden warmtewisselaars ingezet. We zijn bekend met processen, bijbehorende uitdagingen en dé oplossing. Voor iedere stap hebben we een geschikte warmtewisselaar in onze scope. En in de deelprocessen compressie en purificatie hebben we simpelweg een unieke voorsprong met een zeer compacte warmtewisselaar. We vertellen je er graag meer over.

Stap

Elektrolyse

HET PROCES

Elektrolyse werkt door twee elektrodes in water te dompelen en die te verbinden met een gelijkstroombron. Aan de anode ontstaat door de splitsing van water zuurstof en aan de kathode wordt waterstof geproduceerd. Voor de efficiëntie van het proces is het van belang dat de temperatuur op niveau blijft. Ná electrolyse worden het gevormde waterstof en zuurstofstromen nagekoeld en electrolyt terug gecondenseerd. De restwarmte uit deze processen kan elders ingezet worden.

De uitdaging

Om groene waterstof een interessant alternatief te maken zal de proces-efficiëntie komende jaren enorm moeten toenemen. Daarnaast zien we een uitdaging in het bijna dagelijks opstarten van processen, op de momenten dat duurzaam opgewekte elektriciteit beschikbaar is. Vaak blijft er dan nog restwarmte over, die Kapp altijd ambieert effectief in te zetten voor bijvoorbeeld stadsverwarming of elders in processen. En last but not least, waterstof- en zuurstofstromen kennen beide hun risico’s, veiligheid is dus een belangrijk thema.

De oplossing

Voor het koelen van elektrolyt op relatief lage drukken is een Plate & Frame warmtewisselaar met RVS (PEM) of nikkel platen (Alkaline) een perfect fit. We zien ook ontwikkelingen waarbij electrolysers op hogere drukken werken, bijvoorbeeld bij het koelen van KOH in een alkaline elektrolyseproces, met drukken tussen de 30-50 barg. In dit geval is een Plate & Shell warmtewisselaar met nikkel platen juist de beste match. Onze engineers weten de juiste balans te vinden tussen CAPEX en OPEX door hun ruime ervaring in soortgelijke projecten. Vraag gerust naar referenties om onze expertise te verifiëren. Electric heaters kunnen ingezet worden bij het opstarten en opwarmen van het medium en dienen als vorstbeveiliging bij stilstand. Voor het koelen van waterstof en zuurstofstromen en het terugcondenseren en terugwinnen van warmte uit elektrolyt zijn semi-gelaste (LWC) platenwisselaars of volledige gelaste platenwarmtewisselaars (welded plate type heat exchangers) zeer geschikt.

Koeling

het proces

Bij de productie van groene waterstof wordt er tussen de 30-50% van de elektrische energie omgezet in warmte. Dit komt voor een groot deel uit de electrolyzer zelf, maar ook bij het comprimeren, deoxideren en drogen komt warmte vrij. Met de duurzame ambities van de waterstofsector is het ons inziens een vereiste om deze warmte te hergebruiken.

De uitdaging

Soms kan restwarmte elders in het waterstofproces hergebruikt worden, het kan ook ingezet worden voor bijvoorbeeld stadsverwarming. Maar in de warmere maanden ligt de warmtevraag doorgaans lager en dient laagwaardige warmte alsnog weggekoeld te worden. Bij de selectie van de warmtewisselaar moet daarbij rekening gehouden worden met lokale beperkingen zoals ruimte, toelaatbare geluidsniveaus, beschikbaarheid en de kwaliteit van het koelwater.

Veel offshore waterstofproductielocaties plant men op nieuwe of bestaande productieplatformen en gebruiken bestaande infrastructuur (pijpleidingen), gevoed door duurzame opgewekte elektriciteit van offshore windmolenparken. Koeling is hier vooral uitdagend omdat toegelaten gewicht en afmetingen van componenten zeer beperkt zijn.

De oplossing

In de filosofie van Kapp (en volgens de trias energetica) hoort restwarmte hergebruikt te worden. We hebben onwijs veel ervaring met restwarmte-projecten en hebben dus altijd een geschikte warmtewisselaar in onze scope. Als de warmtevraag laag is, kan overbodige warmte alsnog weggekoeld worden. Koelen kan met lucht, water of een hybride oplossing. Voor offshore installaties zijn (titanium) platenwarmtewisselaars of speciale offshore aircoolers zeer geschikt, vooral vanwege hun compactheid.

Compressie

het proces

Om waterstof geschikt te maken voor opslag en transport is compressie vereist, van circa 2 bar (alkaline) of 20-40 bar (PEM) tot 30-100 bar. Deze processtap zien we vaak gecombineerd met het deoxideren en purificeren van het waterstof. Na het comprimeren vindt condensatie plaats, waarbij er al veel water uit het waterstof wordt gehaald. In het gehele proces komt wederom veel warmte vrij, die we niet verloren willen laten gaan.

De uitdaging

Waterstof is het kleinste molecuul. Lekkage vormt dus een groot risico bij geconcentreerd waterstof. Het gevolg van een lek kan funest zijn omdat waterstof extreem brandbaar is. Een andere uitdaging is de extreem lage dichtheid van waterstof, waardoor het bij lage druk een gigantisch volume heeft. Door de electrolyse en de deoxidatie bevat het waterstof veel water, wat er na compressie uitgecondeseerd wordt. Dit proces vormt een groot deel van de thermische belasting.  

In deze processen heb je te maken met start-ups van de installatie op regelmatige basis. Dat brengt grote temperatuurwisselingen, een kleine approach (zeker bij warmteterugwinning) en bij condensatie hoge vermogens met zich mee, dus veel warmtewisselend oppervlak is vereist.

De oplossing

Volledig gelaste platenwarmtewisselaars zijn zeer geschikt voor compressie van waterstof omdat ze de compactheid van een platenwarmtewisselaar combineren met de sterkte van een buizenwarmtewisselaar. Onze volledig gelaste en pakkingvrije warmtewisselaar is daarnaast geschikt voor dagelijks opstart. Voor offshore toepassing, waar er doorgaans met zeewater gekoeld wordt, leveren wij titanium platenwarmtewisselaars.  

Purificatie

het proces

Zodra het waterstof uit de electrolyser komt moet het geschikt gemaakt worden voor bijvoorbeeld brandstofcellen. Het waterstof wordt gepurificeerd tot zo’n 99.99% door het water en zuurstof eruit te scheiden. De eerste stap vindt plaats in de deoxidizer: in de deoxidizer zit een catalysator die dat beetje zuurstof dat meekomt met de waterstof laat reageren tot water. Ná de deoxidizer wordt het waterstof gedroogd, door middel van PSA (pressure swing absorption) of TSA (temperature swing absorption).

De uitdaging

Bij het opstarten van het purificatieproces is er geen restwarmte beschikbaar, dus er is een warmte-input nodig om de deoxidizer voor te verwarmen. In de stap erna, het droogproces, koelen, condenseren en regeneren we. Het gecomprimeerde waterstof heeft een hoge druk en kent daarom dezelfde risico’s als in de compressie-stap.

De oplossing

Voor het voorverwarmen en opstarten van de deoxidizer biedt een electrical heater uitkomst, en ook bij het regeneren van het waterstof is dit de ideale techniek. Omdat drukken hier nog altijd erg hoog zijn door het comprimeren, blijft een volledig gelaste platenwarmtewisselaar een vereiste voor deze stap.

Finale compressie

het proces

Voor transport, opslag en vullen van tanks zal het waterstof nog verder gecomprimeerd worden. Daarbij hebben we te maken met extreem hoge drukken, in sommige gevallen zelfs > 700 bar. Als tanks gevuld moeten worden, gebeurt dat op lage temperatuur en is verdere koeling vereist. Hierna is het waterstof geschikt voor gebruik in o.a. industrie, utiliteit, woningen en transport.

De uitdaging

Waterstof weegt weinig en is een licht ontvlambaar gas. De drukken in deze stap liggen extreem hoog, dus het risico neemt daarmee ook exponentieel toe. Veiligheid staat ten alle tijden voorop. Net als bij elk ander gas is het van belang om er bij productie, transport en gebruik voorzichtig mee om te gaan. Als waterstof wordt ingezet in bestaande gasleidingen is het van belang om het ‘gedrag’ van waterstof in de praktijk nader te onderzoeken. Waterstof  is namelijk lichter dan aardgas en kan makkelijker ontsnappen bij kleppen en afsluiters. Bij het vullen van tanks is het aantal cycli daarnaast erg hoog. Bij de verkeerde materiaalkeuze kan materiaalmoeheid opspelen, met alle risico’s van dien. Componenten in de gehele installatie moeten daarom bestand zijn tegen regelmatig wisselende temperaturen en drukken.

De oplossing

Voor toepassingen tot zo’n 100 bar (afhankelijk van temperaturen) is een plate & shell warmtewisselaar zeer geschikt, maar als de drukken nog hoger worden is deze techniek niet meer toereikend. Voor die extreem hoge drukken hebben we een printed circuit warmtewisselaar in ons assortiment. Dit type warmtewisselaar is extreem sterk dankzij de combinatie van twee technologieën; chemisch etsen en diffusielassen. De stroomkanalen worden chemisch geëtst op een metalen plaat. Geëtste platen worden gestapeld en door diffusielassen tot één blok gevormd.

Het proces: ammoniak

Hoe ammoniak wordt opgeslagen en gekraakt

Omdat puur waterstofgas (H2) ontzettend veel ruimte inneemt en heel koud (-253°C) gemaakt moet worden om vloeibaar te transporteren, binden we het tijdelijk aan stikstof om ammoniak te maken. Dat is veel makkelijker te vervoeren.

  1. Het opslaan van ammoniak door middel van waterstofgas

Waterstofgas wordt chemisch gebonden aan stikstof uit de lucht, waardoor vloeibaar ammoniak ontstaat. In deze vorm neemt de waterstof veel minder ruimte in beslag en hoeft het veel minder extreem gekoeld te worden. Hierdoor kun je de energie efficiënt, veilig en compact opslaan en in grote hoeveelheden (bijvoorbeeld per schip) transporteren.

2. Het kraken van ammoniak

Op de plek van bestemming wordt het ammoniak verhit in een zogenaamde kraker. Hierdoor splitst de vloeistof zich weer op in stikstofgas en waterstofgas. De stikstof gaat terug de lucht in, en je houdt pure, schone waterstof over die klaar is voor gebruik in de industrie of het transport.
In het kort: Stap 1 maakt van vluchtig waterstofgas een compacte, vloeibare ‘batterij’ voor transport. Stap 2 opent die batterij weer om de pure waterstof te kunnen gebruiken.

WAAR WE UNIEK IN ZIJN

Perfect fit voor het waterstof- en ammoniakproces

Waterstof is het kleinste en lichtste molecuul dat er bestaat. Bij de productie van waterstof brengt dat risico’s met zich mee. In een aantal processen bij de productie van waterstof zijn drukken hoog en lekkage kan funest zijn; waterstof en zuurstofstromen zijn explosiegevaarlijk. In kritieke, explosiegevaarlijke en toxische processen met waterstof en ammoniak is de juiste warmteoverdracht-apparatuur van groot belang. Waar de markt uit gewoonte vaak nog grijpt naar traditionele, loodzware buizenwarmtewisselaars, vinden wij dat het slimmer kan. We zien cases waar onze oplossingen 70% minder wegen, 50% minder kosten, meer warmte terugwinnen én minstens zo robuust zijn als de traditionele buizenwarmtewisselaar. Voor een aantal processen in de waterstofproductie is een Plate & Shell warmtewisselaar de perfecte, en in een aantal gevallen is het zelfs de enige geschikte, techniek. Een Plate en Shell warmtewisselaar is;

  • Zeer compact dus kleinere plotsize, minder civiel werk, isolatie, leidingwerk, enz.
  • Geschikt voor hoge drukken.
  • Volledig gelast en daarom veilig voor waterstoftoepassing en gegarandeerd lekvrij.
  • Winstgevender dankzij een lagere CAPEX én OPEX

Ammoniakkrant

Lees over ammoniak en onze ideeën hierover in onze (Engelstalige) ammoniakkrant.

lees hier

CONTACT

Praten over waterstof, ammoniak en warmteoverdracht?

Meer inzicht in warmteoverdracht? Wil je praten of heb je hulp nodig bij het nemen van beslissingen over jouw waterstofproces? Neem contact op met Jeroen.

Jeroen van Ruitenbeek

Algemeen Directeur
jeroen@kapp.nl +31 78 611 7355

Vragen over Waterstof

Wat zijn de minimale en maximale temperaturen van een warmtewisselaar?

Lees verder

Welke warmtewisselaar is het meest geschikt voor waterstoftoepassingen?

Lees verder

In welke industrieën worden de warmtewisselaars van KAPP toegepast?

Lees verder

Hoe worden warmtewisselaars toegepast in waterstofproductie en elektrolysers?

Lees verder

Welke rol spelen warmtewisselaars in de energietransitie?

Lees verder