VERWARMING
Install Magazine 950 – mei 2018

De doorbraak van de brandstofcel?

Viessmann brengt toestel voor residentiële markt uit

Het principe van een brandstofcel is al lang bekend, maar tot nu toe bleven de praktische toepassingen eerder beperkt. Verwarmingsfabrikant Viessmann wil daar verandering in brengen. Samen met de Japanse elektronicaspecialist Panasonic werd een toestel ontwikkeld voor de residentiële markt. Panasonic levert het brandstofcel-gedeelte dat door Viessmann wordt gecombineerd met een gaswandketel tot een systeem dat een woning van warmte en elektriciteit kan voorzien.

Fukushima als katalysator

Het principe van een brandstofcel kan men best omschrijven als omgekeerde elektrolyse. Waar er bij elektrolyse elektrische stroom wordt gebruik om water te splitsen in waterstof en zuurstof, combineert een brandstofcel waterstof en zuurstof tot water. Bij dit proces wordt er warmte en elektrische stroom geproduceerd. Het gaat om een elektrochemisch proces, wat betekent dat er geen bewegende delen zijn. Dat maakt de werking erg betrouwbaar. Er zijn evenmin schadelijke afvalproducten: het resultaat van het proces is water.

Hoewel het principe al in de negentiende eeuw ontdekt werd, bleven de praktische toepassingen beperkt, omdat andere methodes van energieproductie, zoals fossiele brandstoffen of kerncentrales, de overhand kregen. Met de stijgende aandacht voor schone energie kwam daar echter verandering in. De doorbraak werd gegeven door de ramp met de kerncentrale in Fukushima. De Japanse regering besloot toen om op grote schaal te investeren in brandstofceltechnologie als milieuvriendelijk alternatief. Er werden toestellen voor de residentiële markt ontwikkeld, waarvan er tienduizenden geplaatst werden. Op enkele jaren tijd ging de brandstofcel zo van een nicheproduct tot een systeem op industriële schaal. Dat creëerde nieuwe kansen op de markt.

Slimme aardgastoepassing

Verwarmingsfabrikant Viessmann zag het potentieel en ging een samenwerking aan met de Japanse elektronicaspecialist Panasonic. Het resultaat is de Vitovalor 300-P, een combinatie van een brandstofcelmodule voor de basislast en een gaswandketel om pieken op te vangen. Het toestel werkt op aardgas, dat ofwel direct in de ketel wordt verbrand, ofwel via een reformer in de brandstofcelmodule wordt omgezet tot waterstof. Dat betekent dat het toestel op dit ogenblik nog niet volledig onafhankelijk is van fossiele brandstoffen. Daar staat echter tegenover dat het op een bijzonder efficiënte manier aardgas omzet tot elektriciteit en warmte, zodat de CO_2-uitstoot gehalveerd wordt in vergelijking met traditionele technieken. Bovendien kan het ook werken op synthetisch gas, zodat het past in toekomstige scenario’s van Power to Gas.

Stabiele energieproductie

Omdat een brandstofcel niet afhankelijk is van zon of wind, lost het ook een van de grote problemen van groene elektriciteitsproductie op, namelijk de schommelingen in de tijd. Een bekende beperking van PV-systemen is dat ze het minst energie leveren wanneer de vraag het grootst is, zodat gebruikers moeten terugvallen op regelingen voor terugdraaiende tellers of op energie-opslag. Bij een brandstofcel is de energieproductie daarentegen constant, zowel van elektriciteit als warmte.

Dat maakt deze toepassing interessant voor de toekomstige energievoorziening. Naarmate het aandeel van groene elektriciteit toeneemt, zal het elektriciteitsnet immers steeds grotere schommelingen te verwerken krijgen. Met een brandstofcel hoeft de gebruiker zich geen zorgen te maken over pieken en dalen in vraag en aanbod: hij heeft een autonome productie op basis van aardgas, aan een zeer voordelige prijs.

Oplossing voor renovatie

De brandstofcelmodule van de Vitovalor 300-P levert 750 W elektrisch en ongeveer 1.000 W thermisch. De module draait in principe constant, met een regeneratietijd van ongeveer twee uur per dag, zodat de totale elektriciteitsproductie 16,5 kWh per dag bedraagt, voldoende voor het basisverbruik van een gezin. De warmte wordt geleverd aan de verwarmingsinstallatie of gebruikt om SWW te produceren. Bij pieken of in de koudste periode kan de ketel bijspringen. Het grootste gedeelte van de behoefte wordt echter gedekt door de brandstofcel.

Het is wel van belang dat de brandstofcel voldoende draaiuren heeft. De basis energievraag moet dus groot genoeg zijn, wat dit toestel geschikt maakt voor de grotere nieuwbouw of voor renovatieprojecten. Vooral in dit laatste segment is de Vitovalor 300-P interessant. Het haalt de CO₂-uitstoot drastisch naar omlaag, en vereist minder aanpassingen aan de woning dan pakweg een warmtepomp of PV-panelen.

Bewezen in de praktijk

De Vitovalor 300-P werd vorig jaar voorgesteld op de ISH Frankfurt. De praktijkervaring is positief. Vorige generaties brandstofcellen vertoonden immers met de tijd een zeker vermogensverlies. Uit metingen blijkt echter dat dit effect voor de Vitovalor 300-P verwaarloosbaar is, zodat de gebruikers mogen rekenen op een stabiel rendement. Omdat er nauwelijks slijtage is, kan men uitgaan van een levensduur van ongeveer 20 jaar. Dat wordt ook bevestigd door een uitgebreid testprogramma op Europese schaal: als er problemen opduiken, hebben die zelden te maken met de eigenlijke brandstofceltechniek.

De rest van de installatie verschilt niet met een gangbare condensatieketel. Alles moet wel volgens de regels van de kunst worden uitgevoerd. Bij een traditionele ketel kunnen zekere onvolkomenheden nog door de vingers worden gezien, bij een brandstofcel is er minder marge. Zo moet de toevoerdruk van het aardgas constant blijven voor een goede werking van de reformer. Dat behoort echter tot de standaard van goed vakmanschap voor een gasinstallatie.

Plaats op de markt

Viessmann gelooft sterk in de marktkansen van de brandstofcel. Om te beginnen is het een compacte oplossing: de hele installatie neemt slechts 0,65 m²in. Bovendien zijn er geen extra componenten nodig, zoals boringen, collectoren, buitenunits of panelen op het dak. Zeker in renovatie maakt dat de totale investeringskost aantrekkelijk ten opzichte van warmtepompen en/of zonnepanelen. Tenslotte loopt de productie van de elektriciteit grotendeels parallel met het verbruikspatroon. Door een relatief klein vermogen te produceren gedurende een lange tijd (men gaat uit van 5000 draaiuren per jaar) is de dekking van het eigen verbruik uitstekend. Slechts ongeveer 30% van de productie wordt in het net geïnjecteerd, zodat men de complicaties van het prosumententarief kan vermijden. De voornaamste eis aan de woning is dat er voldoende elektrisch verbruik moet zijn. Viessmann hanteert een jaarverbruik van 3.500 kWh als minimum, met 4.000-4.500 kWh als optimale waarde.

Europese steun

De techniek kan ook rekenen op Europese steun in het kader van het PACE-project. Dat heeft tot doel om op 5 jaar tot 2.500 installaties in 11 landen te komen. België maakt deel uit van dit project. Zo kon een Limburgs gezin al een premie van 8.000 euro ontvangen voor de overschakeling van een oude stookolieketel op een verwarming met brandstofcel.

Door Alex Baumans

Foto’s: Viessmann