In een woongebouw in Utrecht hebben Bos Installatiewerken en ketelfabrikant Nefit Bosch een brandstofcel-hr-ketelcombi geplaatst die warm tapwater, warm cv-water en elektriciteit levert. Dit demonstratieproject moet informatie opleveren over het potentieel van deze technologie in de bestaande bouw.

In GAWALO & Installatie Journaal, december 2015

Tijdo van der Zee

Tot nu toe is hij dik tevreden, zegt bewoner Rens van Luijn. Om te bewijzen dat de brandstofcel in de ketelruimte werkt, loopt hij naar de naastgelegen badkamer en draait de warmwaterkraan open. En ja hoor, na een seconde of twintig slaat de damp inderdaad van de waterstraal af. Van Luijn maakt deel uit van woongemeenschap De KasKo, die huist in een complex van woningcorporatie Bo-Ex in de Utrechtse buurt Oudwijk. Dat Nefit Bosch juist hún complex heeft uitgezocht om de eerste Nederlandse brandstofcel voor woningen te plaatsen verbaast Van Luijn niet. De woongemeenschap is altijd al bezig geweest met duurzame oplossingen. Zo waren er tot voor kort twee HRe-(Stirling)ketels geïnstalleerd. Maar omdat één ermee ophield en het product niet langer actief in de markt wilde zetten, werd deze proefopstelling weer ontmanteld. Toen Nefit (dat overigens zelf ook gestopt is met de Stirling-technologie) op zoek ging naar een geschikte woning om de brandstofcel te installeren, was het contact via Bo-Ex en installateur Rogier Bos dan ook snel gelegd.

Toch had de installatie wel wat voeten in de aarde. Het brandstofcelproject van Nefit Bosch maakt deel uit van een groot Europees project met de naam Ene.field in elf EU-lidstaten. In totaal zullen in dit Europese project door verschillende fabrikanten zo’n duizend brandstofcelketels geplaatst worden in woningen. Vanuit dit project heeft Bosch (het Duitse moederbedrijf van Nefit) al brandstofcellen geïnstalleerd in ongeveer 100 Duitse woningen en een stuk of vijf in Franse huishoudens. Al die duizend brandstofcellen worden voortdurend online bemonitord en de vrijkomende data worden beschikbaar gesteld aan alle deelnemers binnen Ene.field. Maar in het wooncomplex in Utrecht wonen ruim dertig gezinnen, die grotendeels van hetzelfde gasnetwerk en elektriciteitsnetwerk gebruik maken. Als de voor één- of twee gezinswoningen ontwikkelde brandstofcel hierop aangesloten zou zijn, dan zouden de verkregen data niet nuttig zijn in het Europese onderzoek. “Wij hebben dus twee woningen op de bovenste verdieping wat betreft verwarming en warmtapwater fysiek losgeknipt van de rest”, zegt installateur Bos. Hij wijst daarbij naar twee Elster gas tussenmeters achter de brandstofcel-installatie, die het gasgebruik van de verschillende onderdelen van de brandstofcel kunnen meten.

Met de witglimmende afdekplaten er tegenaan geschroefd, lijkt de brandstofcel op een volledig geïntegreerde machine. Maar haal je ze er van af, dan blijkt de installatie te bestaan uit verschillende verbonden units. Het belangrijkste onderdeel is de hoogtemperatuur (800 graden) solid oxide fuel cell (SOFC) brandstofcel. Het aardgas dat daarin wordt geleid, komt eerst langs een gasreinigingsunit, een filter dat de in het aardgas aanwezige odeur, de zwavel, en de overige verontreinigingen van het pure methaan scheidt. In een commerciële installatie zou dit vaatje om de drie à vier jaar geleegd moeten worden, maar omdat het project in Utrecht maar twee jaar duurt, zal het hier niet gebeuren. Werken met methaan in plaats van aardgas kan niet zonder additionele maatregelen. “Omdat je methaan na de verwijdering van het odeur maar ook het aangemaakte waterstof niet ruikt, zijn er extra veiligheden in de brandstofcel ingebouwd”, zegt Henk Wierenga, productmanager bij fabrikant Nefit Bosch.

Na het filter komt de eigenlijke brandstofcel. Deze kraakt, wanneer eenmaal de temperatuur van 800 graden bereikt is, het aardgas met behulp van gedemineraliseerd water tot eindproduct koolstofdioxide en de brandstof waterstof, dat in de brandstofcel reageert met zuurstof tot water. De protonen van het waterstof gaan door het membraan, terwijl de elektronen via een elektrisch circuit aan de andere kant van het membraan komen. Dat is dan de opgewekte stroom. Het proces levert daarnaast ook (rest)warmte op. Het uit zuurstof en waterstof verkregen water wordt, net als condenswater bij een HR-ketel, geloosd op de riolering. De gevormde koolstofdioxide wordt als bij een normale CV-ketel afgevoerd via de rookgasafvoer. De geproduceerde elektriciteit (tot maximaal 6100 kWh op jaarbasis) wordt direct via de stekker teruggeleverd aan het elektriciteitsnet.

De geproduceerde warmte komt terecht in twee goed geïsoleerde buffervaten. Eén voor warm tapwater (80 liter) en één voor CV-water (120 liter). Een controlunit regelt waar de warmte naar toe gaat. In principe is de installatie zo ingeregeld dat eerst het CV-buffervat verwarmd wordt (tot 75 graden) en daarna het vat voor warm tapwater. Maar als de behoefte aan warm tapwater plotseling groot blijkt, dan kan het ook direct daar aan worden geleverd . De controlunit is verder verbonden met een temperatuurssensor, die buiten aan de muur gemonteerd is, waardoor de weersafhankelijke regeling de ruimtetemperatuur op basis van de buitentemperatuur regelt. De laatste unit is een conventionele HR-combi ketel, die bijspringt als het nodig is. In dit geval is dat een Buderus-ketel,een merknaam van Bosch. In Nederland is Buderus vooral bekend van grotere industriële ketels, maar in Duitsland worden CV-ketels van dit merk vaak in woningen geplaatst.

Volgens Henk Wierenga kan de brandstofcel 1,5 kW aan aardgas omzetten in 0,7 kW aan elektriciteit en 0,7 kW aan warmte, wat een rendementsverbetering ten opzichte van een conventionele hr-combiketel van tenminste 50% betekent. Klein is de installatie zeker niet te noemen. En omdat het om een proefopstelling gaat, is de prijs helemaal geen issue. Een kleinere installatie moet mogelijk zijn, meent Wierenga. “Dit is echt een Duits toestel. Duitsers houden van grote buffers, terwijl we in Nederland meer bekend zijn met doorstroomcombi’s.”

De brandstofcel is modulerend en kan terugmoduleren tot 30 procent van zijn maximale capaciteit. Vaak aan en uit zetten kan eigenlijk niet, omdat de keramische onderdelen van de brandstofcel door de bijkomende temperatuurschommelingen en daarmee optredende materiaal spanningen kunnen barsten. En ook omdat opstarten van de brandstofcel drie uur duurt; die tijd is nodig om de hoge temperatuur te bereiken waarop de cel werkt.

De brandstofcel produceert altijd elektriciteit en warmte in ongeveer gelijke delen. Een overschot van elektriciteit is nooit een probleem, omdat dat kan worden teruggeleverd aan het net. En zolang de opwek niet hoger is dan het eigen gebruik, kan dit ook nog eens gesaldeerd worden. Maar overtollige warmte kan niet terug het net in, dus daar moet ter plekke een oplossing voor bedacht worden. Op dit moment maken de twee woningen gebruik van een Asko-hot fill wasmachine – binnenkort wordt deze vervangen door een Bosch hot fill machine. Installateur Bos: “Dat willen we slim gaan regelen. De wasmachine dus gebruiken als er een overschot aan warm water dreigt.” De Nefit Easy-thermostaat, die in de ketelruimte hangt, kan een centrale rol spelen in dit lokale smart grid. Wierenga: “Bosch is een enorm bedrijf en het maakt alle benodigde apparatuur voor zo’n grid zelf. Bosch levert bijvoorbeeld ook thuisbatterijen. Daarin kan de elektriciteit bijvoorbeeld tijdelijk worden opgeslagen. Een uitkomst voor als de salderingsregeling zou vervallen.”

Bos wijst ten slotte nog op een laatste onderdeel van de installatie, namelijk de rookgasafvoer en de luchttoevoer. Die is concentrisch uitgevoerd (en, vanwege het EU-project, bemeterd). Van zowel de brandstofcel, als de CV-ketel loopt een concentrische pijp naar boven, die komen na een meter samen en deze verdwijnt dan naar het dak. “In het buitenland is concentrisch zo gangbaar, maar in Nederland blijven we maar parallelle systemen installeren. Ik snap dat niet. Dit is zoveel veiliger.” Bos wijst ook nog op het materiaal: PP-kunststof. “Dat verkies ik boven aluminium. Dat gaat namelijk corroderen, en die corrosie komt dan allemaal in je condensbak terecht.”

Wierenga steekt zijn enthousiasme over de brandstofcel niet onder stoelen of banken. Hij noemt het “revolutionaire technologie”. Toch merkt hij dat een organisatie als de Stroomversnelling (nog) niet erg enthousiast is over de brandstofcel. Deze renovatie-organisatie werkt immers toe naar all electric oplossingen, en daar past een brandstofcel uiteraard niet tussen. Wierenga kan daar niet goed bij. “Natuurlijk, bij nieuwbouw heb je vaak geen aardgas meer nodig. Maar in de bestaande bouw zal aardgas echt niet zomaar verdwijnen. Het is onrealistisch om te denken dat die miljoenen op aardgas aangesloten woningen binnenkort zonder zullen kunnen. De efficiëntieslag die je met de brandstofcel kan maken kan zeer waardevol zijn in de energietransitie.”