In het kader van het FLEX P2G project zijn prototypes van een 50 KW PEMWE electrolyser en van een SEM reactor ontwikkeld. Met behulp van deze Power to Gas (P2G) technologie kan door middel van elektrolyse eerst waterstof en vervolgens ‐ na een reactie met CO2‐ methaan worden geproduceerd. Dit onderzoek richt zich op het inzichtelijk maken en identificeren van (niche)markten en het ontwikkelen van business cases voor deze technologie. Hiertoe worden alle kosten en baten van de technologie geïnventariseerd en voor zover mogelijk gemonetariseerd.Er zijn vier mogelijke modellen voor de toepassing van P2G technologie onderzocht. Deze vier modellen kennen elk meerdere varianten. In het dedicated model wordt de elektriciteitsproductie van een PV‐installatie en/of een windturbine volledig benut voor P2G. Het methaan wordt verkochtaan derden. In het Gas voor eigen gebruik model wordt de elektriciteitsproductie van een PVinstallatie of een windturbine ook volledig benut voor P2G. In dit model wordt het geproduceerde methaan door het huishouden of door de onderneming zelf gebruikt om zodoende te besparen op de eigen gasrekening. In het windpark Fryslan model wordt de elektriciteitsproductie van het windparkgeheel of gedeeltelijk benut voor P2G. De belasting van het hoogspanningsnetwerk kan daardoor worden verminderd waardoor investeringen in het verzwaren van dit netwerk kunnen worden vermeden. In het flexibiliteitsmarkt model wordt een P2G‐installatie gebruikt om bij te dragen aanhet balanceren van het elektriciteitsnet. De P2G‐installatie neemt elektriciteit af op momenten van overschotten op het net en wordt daarvoor beloond.Voor de vier modellen en hun varianten is een kosten‐baten analyse opgesteld. De belangrijkste kosten worden veroorzaakt door de investeringen, het onderhoud, de elektriciteit en de CO2. De belangrijkste opbrengsten bestaan uit de opbrengst van methaan, warmte, zuurstof en eventueel uit de vermeden investeringen in de uitbreiding van het hoogspanningsnet.Het FLEX P2G project heeft als doel om een gecombineerde electrolyser en SEM reactor te ontwikkelen met een kostprijs (CAPEX) van € 1.500 per kWe. De jaarlijkse onderhoudskosten worden gesteld op 5% van de gedane investering.Voor de kosten van elektriciteit wordt uitgegaan van de verwachte ontwikkeling van de day ahead prijs op de APX energiebeurs. Verwacht wordt dat de prijs zich zal ontwikkelen van € 0,025 in 2018 tot € 0,060 in 2032. Aangenomen wordt dat indien de exploitant van een PV‐installatie of windturbine in aanmerking komt voor SDE+ subsidie dat deze regeling van kracht blijft ook als deelektriciteit wordt geleverd aan een P2G installatie.De kosten van CO2 zijn sterk afhankelijk van de schaalgrootte van het project. Bij een kleinschalig project moet de CO2 in pakketten cilinders worden aangeschaft voor circa € 1.000 per ton CO2. Indien er kan worden gekozen voor vervoer per tanktruck en opslag in een tank zijn de kosten van CO2 € 38 ‐ € 58 per ton. Wanneer er sprake is van grootschalig gebruik of als er een CO2‐distributienet in de directe omgeving is kan de CO2 worden afgenomen via een pijpleiding. Deze kosten zijn sterk situatie specifiek.De opbrengst van methaan kan op meerdere manieren worden gewaardeerd. Indien het gas wordt verkocht op de day‐ahead markt dan is de verwachte prijs € 0,016 per kWh in 2018. Als het gas kan worden verkocht als gecertificeerd groengas dan is de verwachte prijs € 0,026 per kWh. Wanneer het gas wordt aangewend voor eigen gebruik dan gelden de bespaarde uitgaven als de opbrengst van het gas. Voor een huishouden is dit € 0,059 per kWh en voor een niet‐huishouden is dit € 0,042 per kWh. Indien de gasprijs eenzelfde tarief zou kennen als de benzineprijs op basis van de energie‐inhoud dangeldt een prijs van € 0,103 per kWh. Tenslotte kan de prijs worden gebaseerd op de bestaande subsidieregelingen met gas als energiedrager. De SDE+ subsidie voor biomassavergassing bedraagt € 0,150 per kWh.Er is alleen sprake van een opbrengst van warmte indien de warmte kan worden geleverd aan een warmtenet in de omgeving. Warmtenetten in Nederland hebben vaak een vaste bron van warmte, er is meestal geen sprake van open access. Een gemiddelde vergoeding voor warmte is € 0,018 per kWh.De industriële markt voor zuurstof lijkt niet geschikt voor een P2G‐project. De volumes op deze markt zijn groot en er is sprake van een continu proces. De markt voor medische zuurstof is mogelijk wel geschikt. Bij succesvolle toetreding zou zuurstof kunnen worden geleverd aan zuurstofdepotsvan leveranciers op deze markt. De prijs wordt geschat op € 0,27 per kg.Uit de analyse van het dedicated model blijkt dat het P2G‐proces niet resulteert in een positieve business case op basis van de opbrengsten van methaan, warmte en zuurstof. Ook wanneer de prijs van methaan wordt gebaseerd op de prijs van benzine blijft de netto contante waarde van hetproject negatief.Het Gas voor eigen gebruik model is gebaseerd op het vinden van een zo groot mogelijk verschil tussen de elektriciteitsprijs en de gasprijs. Door het geproduceerde gas zelf te gebruiken wordt de waarde van het gas gelijk aan de prijs die anders bij inkoop zou moeten worden betaald. Dat is eenprijs inclusief belasting en daardoor is deze relatief hoog. Ook dit model resulteert niet in een positieve business case.In het Windpark Fryslan model staat het besparen van de kosten van het uitbreiden van het hoogspanningsnet centraal. De bouw van het windpark maakt de aanleg van een ontsluitingskabel van Breezanddijk naar Marnezijl en een nieuwe ondergrondse kabel van Marnezijl naar Oudehaske noodzakelijk. De kosten worden geschat op € 2,5 mln per kilometer. De toepassing van P2G ominvesteringen in het hoogspanningsnet te voorkomen resulteert bij Windpark Fryslan niet in een positieve business case. Wel is duidelijk dat als de bespaarde investeringen maar hoog genoeg zijn er op een gegeven moment sprake zal zijn van een positieve business case.Uit de gevoeligheidsanalyse blijkt dat bij een daling van de investeringskosten naar € 1.200 tot € 1.000 per kW en een toekomstige elektriciteitsprijs van hoogstens € 0,04 er sprake is van een positieve business case. De verkoop van gas, warmte, zuurstof en besparingen op infrastructuur moeten dan allemaal een significante bijdrage leveren. Dit betekent dat er een warmtenet in de buurt moet zijn en dat de betreding van de zuurstofmarkt succesvol moet verlopen. Bovendien moet het methaan kunnen worden verkocht voor een prijs die is gebaseerd op de prijs van benzine.Tenslotte wordt In het flexibiliteitsmodel een P2G‐installatie gebruikt om bij lage en negatieve APXprijzen methaan te produceren. Er kan in dit model geld worden verdiend op de onbalansmarkt. Tegen de huidige en verwachte gasprijs en het relatief lage aantal uren dat er kan worden geopereerd op de onbalansmarkt is er geen sprake van een positieve business case.
What will determine if power to gas will be an important technology in the energy transition over the next years? One can look at the development of a technology as a process that takes place in a technological innovation system (TIS). The TIS includes all actors and institutions that are involved in the development, diffusion and utilization of a technology. For a technology todevelop successfully the TIS should fulfil several functions. For power to gas technology several pilot projects are realized, studies are carried out and funds are available both for projects as for research. The functions called entrepreneurial activities, knowledge development, knowledge exchange and resource mobilization are all met. The function that faces the most problems iscalled market formation. There is not yet a regulatory framework for power to gas. Investors in power to gas also need to be rewarded for the benefits that they realize such as the avoided capital cost of extra infrastructure, the enabling of maximum utilization of renewable electricity and the increase in renewable content of the gas networks. Policy directed at market formation is therefor recommended.
Wind and solar power generation will continue to grow in the energy supply of the future, but its inherent variability (intermittency) requires appropriate energy systems for storing and using power. Storage of possibly temporary excess of power as methane from hydrogen gas and carbon dioxide is a promising option. With electrolysis hydrogen gas can be generated from (renewable) power. The combination of such hydrogen with carbon dioxide results in the energy carrier methane that can be handled well and may may serve as carbon feedstock of the future. Biogas from biomass delivers both methane and carbon dioxide. Anaerobic microorganisms can make additional methane from hydrogen and carbon dioxide in a biomethanation process that compares favourably with its chemical counterpart. Biomethanation for renewable power storage and use makes appropriate use of the existing infrastructure and knowledge base for natural gas. Addition of hydrogen to a dedicated biogas reactor after fermentation optimizes the biomethanation conditions and gives maximum flexibility. The low water solubility of hydrogen gas limits the methane production rate. The use of hollow fibers, nano-bubbles or better-tailored methane-forming microorganisms may overcome this bottleneck. Analyses of patent applications on biomethanation suggest a lot of freedom to operate. Assessment of biomethanation for economic feasibility and environmental value is extremely challenging and will require future data and experiences. Currently biomethanation is not yet economically feasible, but this may be different in the energy systems of the near future.
The transition to a circular, resource efficient construction sector is crucial to achieve climate neutrality in 2050. Construction stillaccounts for 50% of all extracted materials, is responsible for 3% of EU’s waste and for at least 12% of Green House Gas emissions.However, this transition is lagging, the impact of circular building materials is still limited.To accelerate the positive impact of circulair building materials Circular Trust Building has analyzed partners’ circular initiatives andidentified 4 related critical success factors for circularity, re-use of waste, and lower emissions:1. Level of integration2. Organized trust3. Shared learning4. Common goalsScaling these success factors requires new solutions, skills empowering stakeholders, and joint strategies and action plans. Circular TrustBuilding will do so using the innovative sociotechnical transition theory:1.Back casting: integrating stakeholders on common goals and analyzing together what’s needed, what’s available and who cancontribute what. The result is a joint strategy and xx regional action plans.2.Agile development of missing solutions such a Circular Building Trust Framework, Regional Circular Deals, connecting digitalplatforms matching supply and demand3.Increasing institutional capacity in (de-)construction, renovation, development and regulation: trained professionals move thetransition forward.Circular Trust Building will demonstrate these in xx pilots with local stakeholders. Each pilot will at least realize a 25% reduction of thematerial footprint of construction and renovation
Climate change is one of the most critical global challenges nowadays. Increasing atmospheric CO2 concentration brought by anthropogenic emissions has been recognized as the primary driver of global warming. Therefore, currently, there is a strong demand within the chemical and chemical technology industry for systems that can covert, capture and reuse/recover CO2. Few examples can be seen in the literature: Hamelers et al (2013) presented systems that can use CO2 aqueous solutions to produce energy using electrochemical cells with porous electrodes; Legrand et al (2018) has proven that CDI can be used to capture CO2 without solvents; Shu et al (2020) have used electrochemical systems to desorb (recover) CO2 from an alkaline absorbent with low energy demand. Even though many efforts have been done, there is still demand for efficient and market-ready systems, especially related to solvent-free CO2 capturing systems. This project intends to assess a relatively efficient technology, with low-energy costs which can change the CO2 capturing market. This technology is called whorlpipe. The whorlpipe, developed by Viktor Schauberger, has shown already promising results in reducing the energy and CO2 emissions for water pumping. Recently, studies conducted by Wetsus and NHL Stenden (under submission), in combination with different companies (also members in this proposal) have shown that vortices like systems, like the Schauberger funnel, and thus “whorlpipe”, can be fluid dynamically represented using Taylor-Couette flows. This means that such systems have a strong tendency to form vortices like fluid-patterns close to their air-water interface. Such flow system drastically increase advection. Combined with their higher area to volume ratio, which increases diffusion, these systems can greatly enhance gas capturing (in liquids), and are, thus, a unique opportunity for CO2 uptake from the air, i.e. competing with systems like conventional scrubbers or bubble-based aeration.
In the road transportation sector, CO2 emission target is set to reduce by at least 45% by 2030 as per the European Green Deal. Heavy Duty Vehicles contribute almost quarter of greenhouse gas emissions from road transport in Europe and drive majorly on fossil fuels. New emission restrictions creates a need for transition towards reduced emission targets. Also, increasing number of emission free zones within Europe, give rise to the need of hybridization within the truck and trailer community. Currently, in majority of the cases the trailer units do not possess any kind of drivetrain to support the truck. Trailers carry high loads, such that while accelerating, high power is needed. On the other hand, while braking the kinetic energy is lost, which otherwise could be recaptured. Thus, having a trailer with electric powertrain can support the truck during traction and can charge the battery during braking, helping in reducing the emissions and fuel consumption. Using the King-pin, the amount of support required by trailer can be determined, making it an independent trailer, thus requiring no modification on the truck. Given the heavy-duty environment in which the King-pin operates, the measurement design around it should be robust, compact and measure forces within certain accuracy level. Moreover, modification done to the King-pin is not apricated. These are also the challenges faced by V-Tron, a leading company in the field of services in mobility domain. The goal of this project is to design a smart King-pin, which is robust, compact and provides force component measurement within certain accuracy, to the independent e-trailer, without taking input from truck, and investigate the energy management system of the independent e-trailer to explore the charging options. As a result, this can help reduce the emissions and fuel consumption.
