VSPARTICLE maakt opschaling waterstofproductie sneller, goedkoper en duurzamer met Nanoprinter

Project in het innovatieprogramma Energie & Klimaat

Gepubliceerd op / 04.05.2022

Groene waterstof is essentieel om de klimaatdoelen van 2050 te halen en de energietransitie te laten slagen. TU Delft-spin-off VSPARTICLE ontwikkelde een goedkoper, duurzamer en eenvoudiger productieproces voor elektro-katalytische membranen: het hart van de productie van groene waterstof. De scale-up versnelt en verduurzaamt daarmee de waterstofproductie op grote schaal, en maakt Zuid-Holland koploper in de wereldwijde waterstofeconomie. De revolutionaire technologie belooft ook in andere sectoren veel duurzame innovatie.

EK story VSParticle

Elektrolyse is de meestgebruikte manier om groene waterstof te maken. Hierbij worden elektro-katalytische membranen ingezet om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De membranen bestaan uit nanodeeltjes op een folie. Het vervaardigen van die membranen gebeurt al meer dan vijftig jaar met dezelfde zeven processtappen. Dat kan efficiënter en eenvoudiger, vond Aaike van Vugt, CEO van VSPARTICLE. ‘Iedere stap voegt extra kosten toe en vergroot de kans op een productiefout. Daarnaast vergt het proces veel schadelijke vloeistoffen en chemicaliën, die het extra complex maken. En je bent afhankelijk van iridium: één van de meest schaarse en kostbare elementen op aarde.’

Energie & Klimaat

Met het innovatieprogramma Energie & Klimaat jagen de provincie Zuid-Holland, MRDH, TNO en InnovationQuarter duurzame innovatie aan. Het programma financiert projecten en stimuleert samenwerking en kennisdeling tussen bedrijven en fieldlabs. VSPARTICLE ontving in 2021 de grootste subsidie van 15 consortia die een voucher kregen. In dit project doet VSPARTICLE pilots bij TNO en onderzoeksinstituut DIFFER, in samenwerking met fieldlab FLIE.

Nanoprinter

De Nanoprinter, waar Aaike zeven jaar aan werkte, maakt het vervaardigen van nanodeeltjes schoner, goedkoper en vele malen sneller. Hij vergelijkt de machine met een inktjetprinter die met vier basiskleuren duizenden kleuren print. ‘De Nanoprinter kan 62 basiselementen, zoals zink, aluminium en titaan, mengen en omzetten in bijna eindeloos veel materialen. En deze bovendien omvormen tot nanodeeltjes. Deze flexibiliteit maakt ook andere vormen van elektrolyse mogelijk, bijvoorbeeld om afgevangen CO2 om te zetten in nieuwe bouwstenen voor de chemische industrie.’

De unieke technologie belooft een enorme duurzaamheidslag voor tal van sectoren, van logistiek tot gezondheidszorg. ‘Denk aan duurzamere brandstof voor vliegtuigen. Of een supergevoelige sensor in je smartphone, die je adem analyseert op ziektekiemen.’ De innovatie kan ook helpen bij de omzet van CO2 in methanol, een andere duurzame brandstof voor de scheepvaart.

“De Nanoprinter brengt de ontwikkeltijd van nieuwe soorten nanodeeltjes terug van jaren naar dagen of zelfs uren.”

– Aaike van Vugt, CEO VSPARTICLE

Paradigmashift

Volgens Aaike staan we aan de vooravond van een paradigmashift. ‘We kunnen steeds kleinere structuren aanbrengen in materialen. Dit maakt computerchips vele malen compacter, sterker en sneller. Bij zulke gedetailleerde materiaalstructuren gelden andere natuurwetten’, legt hij uit. ‘Je hebt het dan over kwantummechanica, waarbij de materiaaleigenschappen exponentieel veranderen.’ Die enorme verandersnelheid biedt veel potentie, onder meer voor het klimaatprobleem. ‘De aarde warmt sneller op dan we nu de massaproductie van groene waterstof mogelijk maken. De Nanoprinter lost dat op door de ontwikkeltijd van nanodeeltjes terug te brengen van jaren naar dagen of zelfs uren, en door de benodigde hoeveelheid iridium sterk te verminderen. Dat laatste maakt de productie ook goedkoper.’

VS Particle Projectoverleg

Onderzoek versnellen

Met het huidige chemische proces voor de productie van elektro-katalytische membranen zijn die snelheidswinst en kostenbesparing onmogelijk te behalen. ‘Chemie is als het koken van tomatensoep’, vergelijkt Aaike. ‘Je moet alle ingrediënten nauwkeurig afmeten en precies op tijd toevoegen voor het juiste resultaat. Een minieme fout verstoort de synthese. En omdat het om zulke kleine deeltjes gaat, is de kans op fouten ontzettend groot. Je bent zo maanden bezig met het maken van het juiste nanodeeltje.’ De Nanoprinter automatiseert dat proces. ‘Met een druk op de knop heb je altijd hetzelfde resultaat, in een paar uur tijd. Iedereen kan ermee overweg. Daarmee ontzorgen we onderzoekers en kunnen we duurzame ontwikkelingen enorm versnellen.’

Veel minder iridium

Energieonderzoeksinstituut DIFFER (Dutch Institute for Fundamental Energy Research), gevestigd op de campus van de TU Eindhoven, droeg met kennis en pilottesten bij aan de innovatie en stond versteld van het resultaat. ‘We achtten het vrijwel onmogelijk om de benodigde hoeveelheid iridium voor het maken van waterstof te verminderen’, vertelt Michail Tsampas, onderzoeksgroepsleider bij DIFFER. Hij zocht voor zijn onderzoek naar alternatieve methoden om materialen te maken en kwam zo in contact met Aaike. ‘Na enkele testen beseften we dat je met de technologie van VSPARTICLE significant minder iridium nodig hebt voor hetzelfde resultaat. Die reductie is essentieel om waterstof überhaupt op de markt te krijgen. De huidige benodigde hoeveelheid iridium maakt waterstof onbetaalbaar.’

“Met de technologie van VSPARTICLE heb je significant minder iridium nodig voor hetzelfde resultaat. Die reductie is essentieel om waterstof op de markt te krijgen.”

– Michail Tsampas, onderzoeksgroepsleider DIFFER

Geen afvalstromen

Dat er geen chemicaliën meer nodig zijn voor het maken van elektro-katalytische membranen vindt Michail een ander groot voordeel van de technologie. ‘De printer werkt volledig op elektroden gevoed met windstroom’, zegt Aaike hierover. ‘De productie van de membranen gaat dus niet gepaard met schadelijke afvalstromen.’ Michail: ‘Hiermee verlaagt VSPARTICLE de CO2-footprint van waterstofproductie. En omdat het proces volledig is geautomatiseerd, is het vele malen sneller dan de huidige werkwijze. Het brengt het aantal productiestappen van de katalysators terug tot één druk op de knop.’

VS Particle • Medewerkers aan het werk
VS Particle • Medewerkers aan het werk

Innovaties versneld op de markt

Bij het pilotproject is ook FLIE in Rotterdam betrokken, het Fieldlab Industrial Electrification dat werd opgezet door Deltalinqs, Port of Rotterdam, InnovationQuarter, FME en TNO. Innovatieprogramma Energie & Klimaat stelde beide partijen in staat de Nanoprinter verder te testen. ‘Een mooie match’, vindt business developer Jeroen Eblé van FLIE en InnovationQuarter. ‘We versterken elkaar in ons gezamenlijke doel om versneld innovaties naar de markt te brengen en de veelbelovende oplossingen van ambitieuze bedrijven aan te jagen.’ FLIE doet dat door toegang tot een netwerk te faciliteren en met de nieuw te bouwen fysieke labruimte, waar innovatieve bedrijven als VSPARTICLE hun technologie kunnen testen.

“FLIE biedt ons de mogelijkheid om praktijktesten te doen en zo de robuustheid en stabiliteit van de Nanoprinter aan te tonen in een industriële setting.”

– Aaike van Vugt, CEO VSPARTICLE

Testen in industriële setting

VSPARTICLE kan een belangrijke rol spelen in het nieuwe FLIE-lab. ‘Voor het testen van innovaties zien we veel potentie in de Nanoprinter’, zegt Jeroen. ‘Met name vanwege de kostenreductie en verhoging van efficiëntie van bijvoorbeeld de elektrolyse van water en CO2. Maar ook voor andere technologieën verwachten we veel van de printer.’ Andersom helpt het fieldlab Aaike om zijn innovatie versneld te commercialiseren. ‘Zonder FLIE zouden we stagneren bij de toepassing in pilotprojecten. FLIE biedt ons de mogelijkheid om praktijktesten te doen en zo de robuustheid en stabiliteit van de Nanoprinter aan te tonen in een industriële setting. Met dat bewijs verkorten we onze weg naar de markt.’

Businessmodel

In lijn met de doelstelling om duurzame innovatie aan te jagen, is het businessmodel van VSPARTICLE gericht op het verkopen van tools voor onderzoek en productontwikkeling, en in de nabije toekomst ook voor serieproductie. Het Delftse bedrijf heeft inmiddels wereldwijd 33 van zulke tools verkocht. Onder meer aan technische universiteiten en onderzoeksinstellingen, maar ook aan industriële partijen die werken aan elektrokatalysatoren en andere toepassingen. In de toekomst verwacht Aaike daar veel chemiebedrijven aan toe te voegen, om ook daar de processen te versnellen, versimpelen en verduurzamen.

Uniek ecosysteem in regio

Om de technologie klaar te maken voor massaproductie, zijn Aaike en zijn collega’s op dit moment nieuwe investeringen en subsidies aan het ophalen, onder meer van het nieuwe Energie & Klimaatprogramma. Daarnaast wil hij nog meer relevante partijen aan zich binden. ‘Met een consortium kunnen we sneller en meer gestructureerd opschalen. Daarom willen we samenwerken met alle technische universiteiten van Nederland, met onderzoeksinstellingen en regionale maakbedrijven. En op die manier het unieke technologische ecosysteem van Zuid-Holland benutten, om zo gezamenlijk de toekomst van chemische industriële processen opnieuw vorm te geven.’

VS Particle Medewerkers aan het werk
VS Particle Medewerkers aan het werk

Nieuwe ASML

Als de opschaling en commercialisatie slagen, voorziet Aaike een enorme klapper voor de bv Nederland. ‘Het biedt veel perspectief voor de regionale maakindustrie en dankzij de talloze verschillende toepassingen ook voor andere sectoren.’ Hij vergelijkt de impact met die van hightechbedrijf ASML, de Nederlandse fabrikant van apparatuur voor het maken van chips. ‘De technologie kan veel betekenen voor ons dagelijks leven.’ Maar voor het zover is, zijn er nog pilotprojecten nodig om de toepassing in verschillende settingen te bewijzen. Michail van DIFFER heeft daar veel vertrouwen in: ‘Opschaling is altijd lastig, maar met de resultaten en stabiliteit die VSPARTICLE na deze eerste iteratie al laat zien, ben ik ervan overtuigd dat ze daarin slagen.’

Vragen over dit project of bouw je zelf brandstofcellen, elektrolysers of membranen en wil je samenwerken? Bezoek de websites van VSPARTICLE en FLIE, of neem direct contact op met .Aaike van Vugt.

Net als dit project op zoek naar hulp vanuit innovatieprogramma Energie & Klimaat om jouw duurzame innovatie te versnellen? Zoek dan contact met:

Angelique Erkenbosch

Angelique Erkenbosch

Senior Business Developer Circulair
Nieuwsbrief