Simulatie materiaalonderzoek elektrolyser

XINTC Global is een hightechbedrijf in Kootwijkerbroek en Delft dat slimme alkaline elektrolysers ontwikkelt die waterstof produceren. Koen Berns, vierdejaars student Werktuigbouwkunde aan de HAN, studeerde af op onderzoek naar de materiaaleigenschappen en de levensduur van het plastic frame in de elektrolyser. Hij deed dit aan de hand van literatuuronderzoek en maakte een digitale simulatie van het verbeterde frame.

Bekijk Werktuigbouwkunde bij de HAN Lees meer over techniek in het onderwijs

Door een plastic frame te gebruiken, kan XINTC global de innovatieve alkaline elektrolysers die het bedrijf ontwikkelt goedkoper produceren. ‘Om ons product te optimaliseren en wetenschappelijk te kunnen onderbouwen, is het onderzoek dat Koen heeft gedaan zeker van toegevoegde waarde’, zegt Ahmadreza Rahbari, hoofdwetenschapper bij XINTC.
Koen Berns (rechts op de foto), vierdejaars student Werktuigbouwkunde aan de HAN University of Applied Sciences, onderzocht of het plastic frame in de alkaline elektrolyser sterk genoeg is om de gebruikelijke temperatuur- en drukverschillen te weerstaan. Hij deed ook onderzoek naar de levensduur van het frame. ‘Uit de analyse van Koen blijkt dat het frame het tot minimaal vijftien jaar kan volhouden’, constateert Ahmadreza Rahbari opgewekt. De alkaline elektrolysers van XINTC produceren waterstof en zuurstof uit water voor industrieel gebruik, mobiliteit en verwarmingsdoeleinden.

Koen Berns (rechts) en Nikola Pozderovic. Foto: Gerard Burgers

Digitale simulatie

De student Werktuigbouwkunde deed literatuuronderzoek en maakte een digitale simulatie van het frame waarvoor hij verbeteringen aanbracht. ‘Voor mijn afstudeeropdracht heb ik een speciaal soort plastic onderzocht, waarvan het frame in de elektrolyser is gemaakt. Daarbij heb ik vooral gelet op de doorbuiging van het frame en de levensduur. Dat heb ik gedaan met een thermisch-mechanisatie simulatie van het ontwerp, waarin de materiaaleigenschappen zijn verwerkt. Zo kun je het frame digitaal testen en de optimale vorm zoeken.’

Uit een test van het door XINTC aangeleverde schetsontwerp, bleek volgens Koen Berns dat het frame op enkele plekken verstevigd kon worden. Het schetsontwerp was voorzien van rechte hoeken. ‘Aan de binnenkant ontstaat overdruk, als gevolg van scherpe hoeken. Dat wil je niet’, verklaart Koen Berns. Hij ronde de hoeken af en verstevigde ze met extra plastic. ‘Dat moet je dan weer ergens anders in het ontwerp weghalen, want je moet dezelfde hoeveelheid plastic gebruiken. Het mag niet meer gaan kosten.’

Prestatiestabiliteit

Bij het testen van het plastic frame van de elektrolyser gaat het om de balans tussen de thermische en de mechanische eigenschappen, verklaart Nikola Pozderovic (links op de foto), onderzoeker bij het lectoraat Balanced Energy Systems van de HAN en begeleider van Koen Berns. ‘Het gaat om hele dunne frames, het gaat over millimeters, waarvan Koen de prestatiestabiliteit heeft doorgerekend.’ Het project waaraan de student meewerkt heeft een subsidie ontvangen in kader van TKI (Topconsortia voor Kennis en Innovatie).

Het geeft Koen Berns voldoening dat XINTC zijn verbeteringen van het frame voor de elektrolyser overneemt. ‘Het is leuk om te horen dat je iets nuttigs hebt gedaan. Na mijn simulatie is de volgende stap het doen van praktijktests.’ Zelf is hij klaar met studeren en gaat op zoek naar een baan om werkervaring op te doen. ‘Het digitaal testen van ontwerpen heb ik nu redelijk onder de knie. Testapparatuur is vaak duur, dus digitale simulaties worden steeds meer gebruikt.’