Pompaandrijfsystemen van de toekomst
Hier vind je uitgebreide informatie over de energietransitie en de BBA Pumps innovaties die aansluiten op de energiesystemen van de toekomst. Door op een van de links te klikken ga je rechtstreeks naar alle informatie over het onderwerp.Energie
Wat is energie?
Het woord energie is een afgeleide van het Griekse woord enérgeia. Als je dat letterlijk vertaalt betekent het: in werking zijn. Bekijk je dat vanuit een andere invalshoek, dan zou je ook kunnen zeggen: zonder energie staat alles stil. Energie is een veelbesproken onderwerp, ook in de pompindustrie.Bij energie denken we meestal aan gebruik in kWh of liters brandstof. Echter, volgens het SI-stelsel, is de eenheid van energie officieel joule (J). We kunnen dat vertalen naar vermogen door er de tijdseenheid seconden (s) aan toe te voegen. Vermogen betekent namelijk hoeveel energie er per seconde wordt omgezet in een andere energiesoort.
Formule vermogen: 1 J/s = 1 Watt
En om het tastbaar te maken; de energie die vrijkomt bij het aansteken van een lucifer staat ruwweg gelijk aan 1 joule per seconde = 1 Watt vermogen. Met die kennis kunnen we eenvoudig het energiegebruik van elektrische pompen uitrekenen. Want 1 kWh opgenomen elektrisch vermogen is hetzelfde als 3,6 MJ (megajoule).Uitleg: 1 kWh = 1000 J/s x 3600 s = 3.600.000 J = 3,6 MJ
Voor pompprofessionals die het energiegebruik van dieselgedreven pompen willen uitrekenen: de energiedichtheid van diesel is 42,6 MJ/kg. Bij een specifiek brandstofverbruik van 235 g/kWh staat 1 kWh opgenomen dieselmotorvermogen gelijk aan 10 MJ.Uitleg: 1 kWh = 0,235 kg x 42,6 MJ/kg = 10 MJ
Energiegebruik
Wij gebruiken met zijn allen ongelofelijk veel energie. Als we kijken naar het energiegebruik per sector is de taart redelijk gelijk verdeeld. De verdeling is aan verandering onderhevig maar geeft een goed beeld:- Industrie 25%
- Vervoer 29%
- Huishoudens 28%
- Agrarisch en overige 18%
Fossiele energievoorzieningen
Fossiele energie vertegenwoordigt nog steeds het grootste deel van onze energievoorziening. Met fossiel bedoelen we koolwaterstofverbindingen die in de aardkost zijn gevormd door het samendrukken van planten en dierenresten. Dat proces heeft miljoenen jaren de tijd gehad en halen we nu uit de grond om te gebruiken als energie.We onderscheiden de volgende fossiele energiebronnen:
- Steenkool, dit is beschikbaar in vrijwel elk land in de wereld. Met het huidige steenkoolgebruik en de bewezen voorraad kan de mensheid nog 140 jaar vooruit.
- Aardolie, de voorraden bevinden zich vooral in de Verenigde Staten, het Midden-Oosten en in Rusland. Met een geschatte aardolie voorraad en op basis van het huidige gebruik zou de mensheid nog circa 50 jaar vooruit kunnen.
- Aardgas, de grootste bekende voorraden aardgas bevinden zich in Rusland en Iran. Met deze voorraden kunnen we met het huidige aardgasgebruik nog 90 jaar vooruit. Echter de behoefte stijgt nog en door politieke onrust in de wereld zal de uitputting van beschikbare fossiele energie sneller gaan.
Daarom hebben wij in 2015 gezamenlijk met 195 landen een handtekening gezet onder het klimaatverdrag van Parijs.
Klimaatverdrag van Parijs
In grote lijnen hebben we met zijn allen afgesproken om in 2050 de opwarming van de aarde onder de twee graden Celsius te houden. Er wordt gemeten ten opzichte van 1990.Om dit doel te halen gaan we de CO2 uitstoot in stappen reduceren:
- In 2030 moeten we minimaal -49% minder CO2 uitstoten ten opzichten van 1990.
- In 2050 moeten we minimaal -95% minder CO2 uitstoten ten opzichten van 1990.
Trias Energetica Concept
Een bekend model om het grote doel te bereiken is de Trias Energetica. Wanneer we deze benadering volgen, onderscheiden wij de volgende stappen:- Reduceer de energiebehoefte. In alle sectoren valt veel winst te behalen. Met het inzetten van eenvoudige technische oplossingen, rendementsverbeteringen van apparaten en bewustwording bereiken we heel veel.
- Zet hernieuwbare bronnen in. Het resterende energiegebruik moet zoveel mogelijk worden gedekt uit duurzame energie. Voorbeelden zijn zon-, wind- en waterenergie.
- Voor zover nog niet de gehele energiebehoefte uit duurzame bronnen kan worden gedekt, wordt fossiele energie zo schoon mogelijk, efficiënt en effectief ingezet.
Duurzame energievoorzieningen
Onder duurzame energie verstaan wij middelen die aan het begin van de keten arbeid, elektrische of thermische energie kunnen bieden op een hernieuwbare wijze. Hernieuwbaar betekent hier dus: de bron raakt nooit op! Daarnaast is de uitstoot van CO2 bij duurzame energie neutraal of zelfs nul.We onderscheiden de volgende hernieuwbare energiebronnen:
- Zonne-energie, de zon is de bron van alle energie en levert veel meer energie dan we wereldwijd nodig hebben. We halen warmte uit de zon via zonnecollectoren en via zonnepanelen zetten we licht direct om naar elektriciteit.
- Windenergie, via windturbines zetten we wind om naar elektriciteit. In veel landen, ook in Nederland, zal windenergie een belangrijke energiebron zijn in de toekomst.
- Energie uit water, de potentie van energie uit water is enorm. Hoogteverschillen en stromingssnelheid leveren een enorm rendement. Stuwdammen zijn een bekend voorbeeld hoe we elektriciteit halen uit water. Ook wordt er veel geëxperimenteerd met energie uit getijden, golven en er zit energiepotentie tussen zoet en zoutwater.
- Biomassa, hiermee halen we energie uit organisch materiaal afkomstig van alle plantaardige en dierlijke grondstoffen. Door biomassa te verbranden, vergisten of vergassen kan energie worden opgewekt. Zo wordt biobrandstof gemaakt van koolzaad, suikerriet, mais en graan. Biomassa kan dienen als alternatieve brandstof voor fossiele energie en helpt daarmee in de transitie naar duurzame energie.
De onbalanskwestie gaat vooral over elektriciteit (groene stroom). We kunnen te veel opgewekte elektriciteit tijdelijk opslaan in batterijen. Maar dan moeten we het wel binnen een bepaalde tijd gebruiken. Batterijen ontladen zichzelf namelijk. Willen we elektriciteit voor langere tijd opslaan om het over de seizoenen te gebruiken dan zetten we het om naar waterstof.
Energiesysteem 2030 – 2050
In 2050 moet ons energiesysteem klimaatneutraal zijn. Er zijn verschillende routes voor de transitie denkbaar, elk met een andere impact op bijvoorbeeld investeringen en keuze van infrastructuur.Een aantal belangrijke factoren onderscheiden deze routes van elkaar. Enerzijds de mate waarin de overheid stuurt en keuzes maakt. Anderzijds kan de energietransitie meer nationaal, internationaal of heel lokaal georganiseerd worden.
Daarnaast is ook het type energiedrager dat in de verschillende sectoren wordt ingezet van invloed op hoe het energiesysteem eruit komt te zien.
In Nederland hebben de gezamenlijke netbedrijven op 30 juni 2023 een uitgebreid rapport uitgebracht over de integrale energiesysteemverkenning 2030-2050. Daarin staan de volgende vier scenario’s uitgebreid beschreven:
- Decentrale Initiatieven (DEC)
- Nationaal Leiderschap (NAT)
- Europese Integratie (EUR)
- Internationale Handel (INT)
Bron: Het energiesysteem van de toekomst, de II3050 scenario's.
- We zien per decennia een duidelijke afname van het energiegebruik.
- We zien een grote toenamen van de elektriciteitsvraag.
- Vanaf 2030 gaat waterstof een significante rol spelen.
- Tot 2040 zijn olie en aardgas nog belangrijke energiebronnen.
Elektrificatie
Wat is Elektrificatie?
Elektrificatie betekent in grote lijnen het vervangen van fossiele energiebronnen door (groene) elektriciteit. Het is een proces waarbij technologieën worden vervangen voor elektrische varianten terwijl ze daarvoor niet-elektrisch waren.Het doel van elektrificatie is het terugdringen van de CO2 uitstoot. Elektriciteit kan klimaatneutraal worden opgewekt en speelt daardoor een grote rol bij het verduurzamen.
Een paar voorbeelden van elektrificatie zijn:
- Grote toename van het aantal zonnepanelen en windturbineparken;
- De groei van het aantal elektrische voertuigen op de openbare weg inclusief de uitbreiding van de oplaadinfrastructuur;
- Huishoudens stappen over van cv-ketels op aardgas naar elektrische warmtepompen voor het verwarmen van hun woning.
Bestaande elektrische BBA Pumps oplossingen
Elektrische pompen op netstroom
Elektrische mobiele pompen worden aangesloten op netstroom, bij gebruik van groene stroom is het pompsysteem 100% klimaatneutraal. Helaas is er nog niet overal een stabiele netstroomaansluiting met voldoende vermogen beschikbaar. Om dan toch te kunnen pompen, kan een generator bij de elektrische pomp worden geïnstalleerd. Hierbij moet opgemerkt worden dat factoren zoals kosten, effectiviteit en duurzaamheid minder positief uitpakken.
Plug-in hybride pomp
Begin 2022 hebben wij de PT plug-in hybride bronbemalingspomp met een dieselmotor én een elektromotor geïntroduceerd. Daarmee kunnen pompgebruikers op netstroom draaien om het energiegebruik en de CO2 uitstoot laag te houden. Als er geen stroomaansluiting op de pomplocatie beschikbaar is dan start je gewoon de dieselmotor op.
Optie automatische omschakelautomaat
Ben je op zoek naar zekerheid in verband met een instabiel stroomnetwerk? Dan biedt de optionele omschakelautomaat uitkomst. Deze optie is voor de PT plug-in hybride bronbemalingspomp ontwikkeld en zorgt ervoor dat de dieselmotor opstart zodra de stroom uitvalt. Als de stroomvoorziening terug is, schakelt de pomp automatisch weer over naar de elektromotor. Hiermee heb je altijd een betrouwbare back-up oplossing zonder gebruik te hoeven maken van een noodstroomaggregaat.
BBA Pumps elektrificatie innovaties
Batterijen opladen in plaats van de brandstoftank vullen. In het verkeer zijn we er al aan gewend met de komst van EV’s (Electric Vehicles) en de laadpaleninfrastructuur. Grote fabrikanten in de transportsector, bouwmaterieel en grondverzetmachines zetten hun innovatiebudgetten in op elektrificatie.Ook bij mobiele pompen zien wij een groeiende aandacht voor het milieu, energiegebruik en emissies. Met het oog op de toekomst heeft het BBA Pumps innovatieteam een geweldige prestatie geleverd. Naast de bestaande elektrische mobiele pompen op netstroom introduceren wij de eerste batterij-elektrische pompen.
Batterij-elektrische pompen
De BBA Pumps batterij-elektrische mobiele pompen worden aangedreven door een elektromotor en zijn samengebouwd in een omkasting. Niet meer “zoals vroeger” om het geluid te dempen, batterij-elektrische pompen zijn namelijk van zichzelf al superstil. De omkasting is onderdeel van het totaalontwerp met daarin alle elektrische componenten en een lithium-ion batterijpakket.
Voordelen van BBA Pumps lithium-ion batterijen:
- Relatief laag gewicht;
- Hoge energiedichtheid;
- Geen onderhoud nodig;
- Zeer geringe zelfontlading;
- Geschikt voor snel opladen;
- Geen geheugeneffect (verlies van opslagvermogen);
- Voorzien van verwarming voor laden bij lage temperaturen;
- Lange levensduur met ≥4000 laadcycli*.
Onze batterij-elektrische mobiele pompen zijn voorzien van 32 ampère 400V, of 16 ampère 230V netstroomaansluiting. Met verloopstekkers sluit je de pomp eenvoudig aan op een EV laadpaal of 1-fase aansluiting. Zo kan de pompgebruiker optimaal profiteren van externe stroomvoorzieningen. Het batterijpakket is gecalculeerd op een capaciteit van circa tien draaiuren. Afhankelijk van het werkpunt van de pomp, en het daarbij behorende opgenomen vermogen, kan er dus ruim een werkdag worden gepompt.
Standaard is de pompset voorzien van een energiebesparende functie. Door gebruik te maken van de automatische niveauregeling kan het energiegebruik gereduceerd worden. Met slim managen kan de draaitijd op het batterijpakket aanzienlijk worden verlengd.
Een zonnepaneel in de deur van de omkasting zorgt ervoor dat de 12 volt tractiebatterij opgeladen blijft. Deze separate batterij is nodig is om de systemen te activeren bij het opstarten. En alle kleine beetjes helpen, ook dit zonnepaneel draagt bij aan het reduceren van energiegebruik.
De BBA Pumps batterij-elektrische pompen vallen niet onder de laagspanningsrichtlijn NEN 1010. Door toepassing van elektrische systemen lager dan 110 volt gelijkspanning, bieden wij een hoog niveau van veiligheid. Hierdoor hoeft de eigenaar van de pompset geen gecertificeerd werkplaatspersoneel in te zetten bij onderhoudswerkzaamheden.
Aanbeveling: wil je certificeren, kies dan voor de NEN 9140, veilig werken aan e-voertuigen..
Batterij-elektrisch + DPU bronbemalingspomp
Bij batterij-elektrisch + DPU wordt de pomp aangedreven door een energiezuinige elektromotor. Een ingebouwde frequentieregelaar stuurt de motor aan. De pompset is voorzien van een netstroomaansluiting én een batterijpakket. Als de unit is aangesloten op netstroom dan lopen de energiestromen automatisch via de batterij en worden gebruikt voor aandrijving én opladen.
Bij afwezigheid van netstroom draait de elektromotor op energie uit het batterijpakket. Als die leeg raakt dan schakelt een ingebouwde dieselgenerator automatisch aan om de batterij weer te laden. De generator is een 1-cilinder diesel power unit (DPU) met DriveOn® technologie. Hiervoor is de pompset voorzien van een eigen brandstoftank. De dieselgenerator draait altijd op een efficiënte belasting waardoor de uitstoot minimaal is.
Als extra energiebesparende maatregel is de pompset voorzien van een systeem met een speciale niveauschakelaar. De afmetingen en vorm zijn zo geconstrueerd dat de schakelaar in een bronbemalingsfilter past. Zodra het gewenste grondwaterniveau is bereikt, wordt de frequentie verlaagd naar 25 Hz. En dat resulteert in een significante verlaging van het energiegebruik!
We staan weliswaar nog aan het begin van een nieuw tijdperk maar het managen van batterij-elektrische pompen is relatief eenvoudig:
Bij batterij-elektrisch + DPU wordt de pomp aangedreven door een energiezuinige elektromotor. Een ingebouwde frequentieregelaar stuurt de motor aan. De pompset is voorzien van een netstroomaansluiting én een batterijpakket. Als de unit is aangesloten op netstroom dan lopen de energiestromen automatisch via de batterij en worden gebruikt voor aandrijving én opladen.
Bij afwezigheid van netstroom draait de elektromotor op energie uit het batterijpakket. Als die leeg raakt dan schakelt een ingebouwde dieselgenerator automatisch aan om de batterij weer te laden. De generator is een 1-cilinder diesel power unit (DPU) met DriveOn® technologie. Hiervoor is de pompset voorzien van een eigen brandstoftank. De dieselgenerator draait altijd op een efficiënte belasting waardoor de uitstoot minimaal is.
Als extra energiebesparende maatregel is de pompset voorzien van een systeem met een speciale niveauschakelaar. De afmetingen en vorm zijn zo geconstrueerd dat de schakelaar in een bronbemalingsfilter past. Zodra het gewenste grondwaterniveau is bereikt, wordt de frequentie verlaagd naar 25 Hz. En dat resulteert in een significante verlaging van het energiegebruik!
BBA Pumps PT100 batterij-elektrische pomp met stroomgenerator (DPU).
Features BBA Pumps elektrische pompen
- Het energiegebruik (joules) van elektrische pompen is veel lager dan dat van dezelfde pompen aangedreven door een dieselmotor. Dat komt door het hoge rendement van de huidige generatie elektromotoren, we zien efficiencies tot wel 96%.
- Pompaandrijvingen draaien vaak op deellast omdat gebruikers het werkpunt bij voorkeur op Best Efficiency Point selecteren. Een groot voordeel van elektromotoren is dat het rendement ongeveer gelijk blijft bij lagere opgenomen vermogens. Bij ¾ motorbelasting is het rendement soms zelfs nog iets hoger dan bij vollast.
- Door toepassing van een frequentieregelaar op een elektrische pomp met automatische niveauregeling valt ook veel energievoordeel te behalen. Een pompsysteem toert dan automatisch op en af naarmate het vloeistofniveau stijgt of daalt. Zo gebruikt de pomp niet onnodig energie.
- Het geluidsniveau van elektrische machines is enorm laag. Dat meten we ook bij de BBA Pumps elektrische mobiele pompen. Officiële ISO 3744:2010 geluidsrapporten krijgen soms zelfs als aantekening; “There was interference noise from chirping birds”. Onze stilste pompset heeft het ongelofelijk lage geluidsniveau van 30 dB(A) op 10 meter afstand.
- De Life Cycle Cost verdeling van elektrische mobiele pompen ziet er heel anders uit dan bij dieselgedreven pompsets. Denk maar even mee, de kosten van het regulier onderhoud aan een dieselmotor lopen tijdens de levensduur significant op. Een elektromotor heeft weinig of geen onderhoud nodig. Maar het grootste LCC verschil ga je terugzien in de energiekosten. Brandstofprijzen zijn hoog en stijgen nog steeds jaarlijks. De prijzen van elektriciteit zijn laag en tijdens zonnige dagen, of bij veel wind, hebben we een overschot en worden de prijzen gedumpt.
- Vanaf begin 2025 worden onze elektrische mobiele pompen standaard uitgerust met een HMI touchscreen bediening. Dit levert optimale gebruiksvriendelijkheid en biedt voldoende ruimte om in de toekomst uit te breiden met nieuwe (energiebesparende) functies.
BBA Pumps batterij-elektrische pompen in de praktijk
Mobiele pompen worden ingezet op uiteenlopende toepassingen, zoals bronbemaling, rioolompompingen en hoogwaterbestrijding. Daar staat tegenover dat mobiele pompen ook wel eens een periode in opslag staan. Ook externe factoren, zoals de buitentemperatuur, kunnen invloed hebben op het gebruik. Hoe werkt het dan in de praktijk met batterij-elektrische pompen?We staan weliswaar nog aan het begin van een nieuw tijdperk maar het managen van batterij-elektrische pompen is relatief eenvoudig:
- Gebruik een batterij niet onder 10% laadniveau en bij voorkeur niet boven 90%. Tijdens een laadsessie wordt de batterij wel tot 100% geladen, dat is geen probleem mits de pompset meteen in gebruik wordt genomen.
- Tijdens opslag voor langere tijd is het sterk af te raden een batterij-elektrische pomp volledig opgeladen weg te zetten. Dan is ons advies tot circa 50% op te laden.
- Batterijen presteren optimaal bij omgevingstemperaturen tussen 15 - 25 °C.
- Voor het opladen bij lage temperaturen zijn de batterijen standaard voorzien van een verwarmingssysteem.
- De laadsnelheid van een batterij-elektrische pomp is per model verschillend, controleer hiervoor het specificatieblad van de pompset.
- Als de eigen batterij onvoldoende capaciteit heeft voor het succesvol afronden van een pompproject kan een extern batterijpakket worden aangesloten.
- Wilt u altijd en overal op de hoogte zijn van de batterijstatus van uw mobiele pomp? Kies dan voor de telematics optie linQ.
Methanol
Wat is Methanol?
In de energietransitie zien we ook veel interesse in methanol als alternatieve brandstof voor fossiel. Methanol is vloeibaar, wordt voornamelijk synthetisch geproduceerd en heeft als molecuul CH₃OH. Het is de eenvoudigste vorm van alcohol (giftig) en bestaat uit één koolstofatoom, vier waterstofatomen en één zuurstofatoom.Methanol kan worden geproduceerd uit hernieuwbare bronnen zoals biomassa, afvalproducten of zelfs CO₂ dat uit de lucht wordt gehaald. Dit proces kan de koolstofvoetafdruk aanzienlijk verlagen in vergelijking met methanol dat van fossiele brandstoffen wordt gemaakt.
Methanol is een veel gebruikte grondstof in de chemische industrie voor de productie van bijvoorbeeld azijnzuur. Daarnaast wordt methanol gebruikt als brandstof voor motoren en voor brandstofcellen. Methanol heeft een aantal belangrijke eigenschappen waardoor het een aantrekkelijke brandstofoptie is, namelijk:
- Schone verbrandingseigenschappen;
- Eenvoudig in transport en opslag;
- Heeft een hoog octaangetal;
- Bevat geen zwavel.
Gebruik je methanol voor aandrijving middels een brandstofcel dan heb je geen uitstoot en zijn de smerende eigenschappen en ontbrandingstemperatuur ook niet van belang. Daarnaast is de lagere energiedichtheid bij gebruik van een brandstofcel minder belangrijk. Het rendement van het systeem, inclusief de elektrische aandrijving is veel hoger dan bij een verbrandingsmotor.
Vooral voor toepassingen waarbij veel, of voor langere periode, energie nodig is kan methanol een duurzame oplossing bieden.
BBA Pumps methanol innovaties
Voor de ontwikkeling van onze eerste mobiele pomp op methanol hebben wij gekozen voor een brandstofcel systeem. Een brandstofcel zet een energiedrager, meestal waterstof, direct om in elektrische energie. Het principe is elektrochemisch zonder verbrandingsproces. Dit maakt brandstofcellen efficiënt en milieuvriendelijk.Methanol fuel cell pomp
In de inleiding is het woord elektrische energie al genoemd. Een methanol fuel cell pomp wordt aangedreven door een energiezuinige elektromotor. De pomp en elektromotor zijn samengebouwd in een omkasting met onderin een grote methanol brandstoftank. De pompset is ook voorzien van een reformer, een brandstofcel en een lithium-ion batterijpakket.
Hoe werkt een methanol fuel cell pomp?
Je installeert de mobiele pomp op het werk, bijvoorbeeld een bronbemalingsproject. Je start de elektromotor voor aandrijving van de pomp, die haalt de energie uit het batterijpakket. Als er een netstroomaansluiting aanwezig is dan sluit je de pomp daarop aan. De pomp werkt dan identiek aan een batterij-elektrische pomp.
Als er geen netstroomaansluiting op het bronbemalingsproject aanwezig is dan vul je de tank met methanol-water mix. Dat wordt als pre-mix ingekocht in een volumeverhouding van 60/40%. De pomp wordt nog steeds aangedreven door de elektromotor, als de batterij leeg raakt schakelt automatisch de reformer aan. Een reformer is een apparaat dat methanol omzet naar waterstof. Want een methanolmolecuul bestaat onder andere uit één koolstofatoom en vier waterstofatomen.
De reformer ontvangt een mengsel van methanol en water. Het mengsel wordt verwarmt tot een temperatuur van circa 300 °C. In de reformer vindt een chemische reactie plaats. Hierbij wordt methanol omgezet in waterstof H₂, kooldioxide CO₂, en een hele kleine hoeveelheid koolmonoxide CO.
De kooldioxide en koolmonoxide worden verwijderd zodat zuivere waterstof overblijft. De waterstof gaat vervolgens naar de brandstofcel om daar te worden omgezet naar elektriciteit. De elektriciteit wordt opgeslagen in het batterijpakket en gebruikt voor aandrijving van de pomp. Zodra de batterij is volgeladen slaat de brandstofcel weer af om zodoende draaiuren te reduceren.
Milieuvriendelijke pompoplossing
Methanol gebruiken als vervanger van fossiele diesel is een grote stap voorwaarts richting klimaatneutraal. Een voorwaarde is wel dat de methanol op een groene wijze wordt geproduceerd. BBA Pumps heeft als eerste methanolstap gekozen voor een pompset met een brandstofcel systeem. Dit is een milieuvriendelijkere manier van verpompen dan met een methanolverbrandingsmotor.Een brandstofcel is vanuit praktisch en economisch oogpunt op dit moment wel haalbaar voor kleine pompsets. Voor grotere mobiele pompen, met veel opgenomen vermogen, lijkt een verbrandingsmotor op methanol de beste technische oplossing. Echter is een verbrandingsmotor niet erkend als oplossing voor Schoon- en Emissieloos Bouwen (SEB).
Waterstof
Wat is waterstof?
Waterstof is het lichtste en meest voorkomende element op aarde. Waterstof is dus gasvormig, het is reukloos en onzichtbaar.Het gedrag van waterstof lijkt in heel veel op dat van aardgas. Dat geeft wellicht een goed beeld om waterstof als brandstof of energiedrager te plaatsen. Waterstof heeft met een bovenwaarde van 141 MJ/kg de hoogste energiedichtheid per gewichtseenheid. Dat is ruim drie keer zoveel als aardgas en diesel.
Een waterstofmolecuul (H₂) is opgebouwd uit twee waterstofatomen (H). Er zit geen C van koolstof in het molecuul dus waterstof stoot geen CO2 uit. Dat brengt ons bij de rol die waterstof in een duurzaam energiesysteem kan innemen.
De geschiedenis van waterstof
Waterstof heeft een lange geschiedenis. In 1671 ontstond bij chemicus Robert Boyle al het vermoeden van het bestaan van waterstof. Vervolgens duurde het tot 1766 voordat het als element werd benoemd en de naam ‘Hydrogenium’ oftewel watermaker kreeg. Een opmerkelijk moment in de geschiedenis was 1874. Toen Jules Vernes in zijn boek een beeld heeft geschetst van een wereld waarin steenkolenmijnen zijn uitgeput en waterstof steenkool vervangt als energiedrager.We slaan een paar stappen over om in de wereld van aandrijftechniek te komen. In 1920 speelde ingenieur Erren een rol in het ontwikkelen van waterstofverbrandingsmotoren. En het eerste voertuig op waterstof werd in 1959 gepresenteerd, dat was een Allis-Chalmers tractor met brandstofcellen.
Vanaf de 20e eeuw wordt waterstof steeds meer ingezet als industriële grondstof. En met de gestelde klimaatdoelen zien we sinds 2020 een waterstofeconomie ontstaan.
Productie van waterstof
Waterstof kan op verschillende manieren worden geproduceerd. De uiteenlopende productiemethoden worden eenvoudigweg met een kleur gedefinieerd. De kleuren geven ook een beeld van de milieueffecten en gebruikte grondstoffen van de productieprocessen.Meest voorkomende waterstofsoorten zijn:
- Grijze waterstof, wordt gemaakt met fossiele brandstoffen zoals aardgas. Bij het productieproces worden aanzienlijke hoeveelheden CO2 gevormd en vrijgelaten in de atmosfeer. De milieu-impact is daardoor nog steeds groot.
- Blauwe waterstof, heeft dezelfde productiemethode als grijze waterstof, echter wordt de CO2 afgevangen en ondergronds opgeslagen. De gevolgen daarvan op de lange termijn zijn nog niet bekend. Maar het voorkomt dat CO2 in de lucht terecht komt.
- Groene waterstof, maak je door watermoleculen via elektrolyse te splitsen in waterstof en zuurstof. We spreken alleen over groene waterstof als de hiervoor benodigde elektriciteit uit hernieuwbare bronnen komt. Dit is een duurzame en CO₂-vrije manier van waterstofproductie.
Dat zijn positieve ontwikkelingen op de route naar klimaatneutraal. We hebben een enorme capaciteit aan elektrische energie nodig om fossiel af te kunnen bouwen. Er kleeft echter een nadeel aan deze elektrificatie. In de zomer hebben we vaak een overschot aan elektriciteit en in de winter juist een tekort. Er ontstaat dus een onbalans tussen vraag en aanbod.
De productie van groene waterstof biedt hierin de oplossing als energiedrager. Door het overschot van elektriciteit om te zetten naar waterstof kan de energie opgeslagen worden in tanks. Vervolgens kunnen we op een later tijdstip de opgeslagen waterstof weer omzetten naar elektriciteit of gebruiken als grondstof.
Toepassingen waterstof
Waterstof wordt veelzijdig en in diverse sectoren ingezet als grondstof, brandstof en energiedrager. Met de komst van nieuwe waterstoffabrieken en transportleidingen verwachten we in 2030 de keten gereed te hebben. Een significante hoeveelheid groene waterstof zal dan beschikbaar zijn en als volgt ingezet gaan worden:- Absolute prioriteit krijgt de chemische industrie. Waterstof is een belangrijke grondstof voor de productie van ammoniak voor kunstmest. Om de klimaatdoelen te halen is hier veel winst te halen en staat deze industrie op de bovenste trede van de waterstofladder.
- Waterstof als bron voor de hoge temperatuurindustrie. Bijvoorbeeld staalproducenten werken met hoge temperaturen (boven 600 °C). Waterstof kan in deze industrie eenvoudig fossiele energie vervangen.
- Waterstof als energiedrager. We gaan waterstof inzetten voor seizoensopslag van duurzaam opgewekte elektriciteit. Vervolgens kunnen we de energie op een later tijdstip op verschillende manieren gebruiken.
- De volgende stap op de ladder is waterstof gebruiken als brandstof. Voor zwaar en groot materieel zoals vrachtwagens, bussen, bouwmachines. Waterstof kan gebruikt worden voor verbrandingsmotoren en brandstofcellen.
- En als de productie van groene waterstof op volle gang is kunnen we het inzetten voor minder zware toepassingen. Denk daarbij aan verwarming van gebouwen en aandrijving van personenauto’s.
BBA Pumps waterstof innovaties
De eerste mobiele pompen met waterstofaandrijving zijn productgereed. Voor onze droogzelfaanzuigende BA pompen starten we met verbrandingsmotoren op waterstof. En een volgende stap in het waterstofontwikkeltraject zijn mobiele pompen met een brandstofcel.Het eerste model is een BA150KS D285 rioolpomp. De centrifugaalpomp en het vacuümsysteem zijn helemaal standaard. Voor de aandrijving van de pomp gebruiken we een KVT E22 H2 waterstofverbrandingsmotor. Deze vier cilinder 2,2 liter motor levert een vermogen van 25,6 kW op 1800 toeren per minuut. De M10-23X omkasting is voorzien van speciale aanpassingen om aan de veiligheidseisen te voldoen.
BBA Pumps BA150KS D285 met waterstofverbrandingsmotor
Een tweede pompset is de BA180E D328 multifunctionele waterstofpomp. Ook hier geldt dat de we een standaard vacuüm geassisteerde vuilwaterpomp uit de BA serie toepassen. Voor de aandrijving gebruiken we de grotere KVT E44 H2 waterstofverbrandingsmotor met een vermogen van 67,5 kW. En de M12-29 omkasting heeft dezelfde voorzieningen om aan de veiligheidseisen te voldoen.
Onze mobiele waterstofpompen hebben geen eigen brandstoftank. De belangrijkste reden voor deze keuze is van praktische aard. Er gelden namelijk strenge eisen voor het vervoeren van waterstof. Waterstof wordt geclassificeerd als een ontvlambaar gas UN 1049 en valt onder de ADR regels. Dit betekent (zonder de intentie compleet te zijn) dat voertuigen die waterstof vervoeren speciale waarschuwingstekens en etiketten moeten dragen.
BBA Pumps waterstofpompen hebben standaard een externe tankaansluiting en wij leveren brandstofslangen (L= 5 meter) met de pompset mee.
Andere specifieke veiligheidsaanpassingen aan onze pompsets op waterstof zijn:
- Een LEL sensor in de omkasting schakelt een akoestisch alarm in als het concentraat waterstof oploopt door lekkage.
- Het ingebouwde compartiment voor aansluiting van de waterstofvoorziening is officieel gemarkeerd als een ATEX zone.
- Wij leveren standaard een ontluchtingsbuis mee die de gebruiker verticaal bovenop de pompset kan plaatsen alvorens het opstarten. Als bij technisch falen van een H2 ventiel de druk te hoog wordt waterstof op veilige hoogte (ca. 3,5 meter) afgeblazen.
Praktische informatie over waterstofmotoren
Voor onze mobiele waterstofpompen gebruiken we KVT motoren. De basisblokken zijn origineel van Perkins, de specifieke modificaties voor toepassing op waterstof worden door Koninklijke van Twist uitgevoerd. Dit Nederlandse bedrijf heeft een lange geschiedenis met gasmotoren én met de distributie van Perkins dieselmotoren.Goed om te weten over waterstofmotoren:
- Waterstofverbrandingsmotoren zijn vergelijkbaar met gasmotoren. Een bougie zorgt voor de ontsteking, de verhouding lucht en waterstof is stoichiometrisch. Dat wil zeggen dat ze perfect in balans zijn op het moment van de verbranding. De waterstofmotoren die wij gebruiken werken met een natuurlijke aanzuiging, dus zonder turbo in het uitlaatsysteem.
- Waterstofverbrandingsmotoren zijn qua uitstoot veel schoner dan de vereiste grenswaarden van de Stage V emissienorm. Toch is het momenteel niet mogelijk om waterstofmotoren officieel te laten certificeren. De reden is dat waterstof niet wordt genoemd als referentiebrandstof. De verwachting is dat hier in de toekomst wel verandering in komt.
- De zuiverheid van waterstof is bij verbrandingsmotoren minder cruciaal dan bij gebruik in brandstofcellen. Waterstof met een minimale verontreiniging kan schade veroorzaken aan brandstofcellen, wat niet het geval is bij verbrandingsmotoren.
- Het onderhoud aan waterstofmotoren komt overeen met onderhoud aan benzinemotoren. Monteurs hebben geen speciale certificaten nodig om aan waterstofpompets te werken. Als onderhoudsinterval adviseren wij 500 draaiuren. Een aandachtspunt is inspectie van de klepspeling, bij gasmotoren in het algemeen gaan kleppen strakker staan na verloop van tijd.
- De verwachte levensduur van waterstofmotoren is hoger dan van dieselmotoren. In de praktijk is 40.000 draaiuren helemaal geen uitzondering bij gasmotoren.
Pompen zonder aandrijving
Er zijn steeds meer tractoren met milieuvriendelijke aandrijvingen beschikbaar. Daarom heeft BBA Pumps een nieuwe serie tractorgedreven pompen ontwikkeld. Vergeleken met de bestaande zelfaanzuigende B300 is het rendement sterk verbeterd. Daardoor gebruiken de pompen veel minder energie. De nieuwe line-up tractorpompen zijn standaard vacuüm geassisteerd voor optimaal gebruiksgemak en snel operationeel bij calamiteiten.
BA110L (6,6 m³/min)
BA160L (10 m³/min)
BA220L (17 m³/min)
Energie genereren uit waterstromen van je pompsysteem
De potentie van energie uit water is enorm. Bij tijdelijke pompinstallaties wordt vaak onnodig te veel water verpompt. Waarom zouden we die energie verloren laten gaan?Met onze Mobile Power System (MPS) zetten we waterstomen om in elektrische energie middels turbinewerking. Anders dan standaard turbinepompen is onze mobile power system multifunctioneel inzetbaar. Met de grote vuildoorlaat is deze energiegenerator namelijk ook geschikt voor gebruik tijdens rioolompompingen.
BBA Pumps mobile power system MPS150E
Overtollig water stroomt via het pomphuis in de turbine. Door de potentiële- en kinetische energie in het water zal de turbine gaan draaien en dit omzetten naar mechanische energie. Aan de turbine zit een hoog rendement generator gekoppeld die de mechanisch energie omzet naar elektrische energie.
Met de MPS150E hebben we tijdens uitgebreide fabriekstesten tot 7 kWh (25 MJ) energie opgewekt bij een volumestroom van 450 m3/uur. Die energie kan terug geleverd worden aan het netwerk, we kunnen er een accupakket mee laden of een elektrische pomp mee aandrijven.
Laat energie niet verloren gaan! De MPS150E heeft veel features voor pompprofessionals:
- Mobiel inzetbaar voor tijdelijke pomp installaties;
- Ook te gebruiken voor afval- en rioolwater;
- Capaciteitsonafhankelijk energie opwekken;
- Energie voor het netwerk én mobiel accupakket;
- Geschikt voor Europees en Amerikaans netwerk;
- Veilig werken naar een milieuvriendelijke wereld.
De tekst Pompaandrijfsystemen van de toekomst is geschreven door Henno Schothorst, Product & Marketing Manager bij BBA Pumps. Het artikel is informatief zonder de intentie compleet te zijn. Aan de gegeven informatie kunnen geen rechten worden ontleend. Als u vragen heeft neem dan contact met ons op.