3 vragen over mijn rooskleurige r.berekening H2netGekoppeldeHBrflowbatterij.

[Osmotor]

Ik heb drie vragen over mijn rendementsberekeningen van een HBr-flowbatterij die gekoppeld zou worden op een waterstofleidingnet.

Een waterstofbromide (HBr) flowbatterij heeft een roundtriprendement van 70 %. De reactievergelijking is 2 HBr <--> H2 + Br2. Het waterstofgas en de HBr en Br2 worden in twee aparte tanks opgeslagen (dus de HBr en Br2 zitten in een waterige oplossing in dezelfde tank). Omdat de waterstofopslag nogal duur is, zou de HBr-flowbatterij gekoppeld kunnen worden aan een waterstofleidingnet. Tijdens het laden van de batterij voert de flowbatterij dan dus waterstof af en werkt dan derhalve als een elektrolyser. Tijdens het ontladen zal dan echter weer waterstof uit het waterstofleidingnet terug aangevoerd moeten worden. Dat overigens voldoende zuiver moet zijn zodat het PEM-membraan van de HBr-flowbatterij niet beschadigd wordt. Tijdens het ontladen werkt de HBr-batterij dan derhalve als een brandstofcel.

Vraag 1.

Klopt het dat gezien het roundtriprendement van 70 % het rendement als elektrolyser dan 84 % en het rendement als brandstofcel ook 84 % wordt? 0,84 x 0,84 is immers 0,7 (0,83666 om precies te zijn, de wortel van 0,7). Dat uiteraard op voorwaarde dat het teruggevoerde H2 voldoende zuiver is zodat het membraan niet beschadigd wordt. Vooral voor de HBr-flowbatterij als brandstofcel zou dat rendement van 84 % vergeleken met andere brandstofcellen erg hoog zijn.

Vraag 2.

Als het rendement van de HBr-flowbatterij in de brandstofcelfase inderdaad 84 % zou zijn zou je tijdens de brandstofcelfase waterstof kunnen gebruiken dat middels Steam Methane Reforming gemaakt is uit aardgas. Het rendement van aardgas middels SMR omzetten in waterstof is 75 %. Ga je deze waterstof vervolgens gebruiken in een HBr-flowbatterij dan kom je dus op een elektrisch rendement van 75 % x 84 % = 63 %. Dat zou dan maar liefst 13 % hoger zijn dan het elektrisch rendement wanneer dat zelfde aardgas gebruikt zou worden in een moderne aardgasgestookte STEG gas- en stoomturbine. (Ik hou het rendement bovenwaarde aan dus met het verlies van de condensatiewarmte). En dat terwijl de HBr-flowbatterij als elektriciteitscentrale tijdens een overschot aan wind- en zonnestroom ook gebruikt kan worden als een elektrolyser.

Vraag 3.

Een roundtriprendement van 70 % houdt in dat van elke 100 kWh ingevoerde elektriciteit er tijdens het ontladen weer 70 kWh uit komt. Het feit dat tijdens het laden het waterstofgas wordt afgevoerd en elders verbruikt (bijvoorbeeld in een kunstmestfabriek) en tijdens het ontladen dezelfde hoeveelheid (van voldoende zuiverheid) waterstof wat elders wordt geproduceerd (bijvoorbeeld grijze SMR-waterstof gemaakt uit aardgas) weer wordt aangevoerd verandert niets aan het rendement van de HBr-flowbatterij. Er wordt dan door het terug aanvoeren van dezelfde hoeveelheid waterstof (om met een zelfde hoeveelheid Br2 te reageren) dus nog steeds met die 84 % van de brandstofcelfase 70 kWh aan elektriciteit geproduceerd.

Die 70 kWh van dezelfde hoeveelheid waterstof is dan wel opmerkelijk. Aangezien de enthalpie van de reactie van H2 met Br2 slechts 1/5 e is van de enthalpie wanneer dezelfde hoeveelheid H2 zou reageren met zuurstof. Want H2 + Br2 --> 2 HBr - 73 kJ/mol en H2 + ½ O2 --> H2O - 285 kJ. Daarnaast bevat het HBr dat ontstaat ook meer potentiële energie dan wanneer de H2 met O2 tot water gereageerd zou hebben. Want in de daarop volgende elektrolyserfase kost het veel minder energie om van de HBr weer H2 te maken dan van H2O weer H2. Dat vanwege de reactie enthalpiën van 2HBr --> H2 + Br2 + 72 kJ en H2O --> H2 + ½O2 + 285 kJ.

Dus terug aangevoerde waterstof dat in de brandstofcelfase in de aan een waterstofleidingnet gekoppelde HBr-flowbatterij een zeer hoge kWh-opbrengst geeft en in de daaropvolgende elektrolyserfase vervolgens met een gering verbruik van elektriciteit weer waterstof produceert. Waar maak ik een, of meerdere, denkfouten ?