Power-to-ammonia: rethinking the role of ammonia – from a value product to a flexible energy carrier (FlexNH3)

This report focuses on the feasibility of the power-to-ammonia concept. Power-to-ammonia uses produced excess renewable electricity to electrolyze water, and then to react the obtained hydrogen with nitrogen, which is obtained through air separation, to produce ammonia. This process may be used as a “balancing load” to consume excess electricity on the grid and maintain grid stability. The product, ammonia, plays the role of a chemical storage option for excess renewable energy. This excess energy in the form of ammonia can be stored for long periods of time using mature technologies and an existing global infrastructure, and can further be used either as a fuel or a chemical commodity. Ammonia has a higher energy density than hydrogen; it is easier to store and transport than hydrogen, and it is much easier to liquefy than methane, and offers an energy chain with low carbon emissions.

The objective of this study is to analyze technical, institutional and economic aspects of power-to-ammonia and the usage of ammonia as a flexible energy carrier.

https://research.hanze.nl/admin/files/9488786/45.2516824_TESIS15001_FlexNH3_final_report.pdf

------------------

Onderzoek naar mogelijke toepassingen voor een decentrale reversibele brandstofcel

Eindgebruikers, energiebedrijven en netbeheerders ondervinden allen een impact van de energie-transitie, met name als gevolg van toename van capaciteit van wind- en zonne-energie. Dit leidt tot een vraag naar nieuwe energieproducten die flexibiliteit bieden en inspelen op de diverse klantbehoeften. Waterstof kan grootschalig gemaakt én gebufferd worden en zo bijdragen aan de balancering van het energiesysteem. Hetzelfde kan ook decentraal met behulp van een reversibele brandstofcel (kortweg RBC) op knooppunten van de infrastructuur. In dit onderzoek zijn de mogelijke toepassingen van een RBC doorgelicht met als doel een basis te leggen voor een nieuwe product-markt-combinatie op basis van een reversibele brandstofcel.

https://research.hanze.nl/admin/files/25592260/201809_Openbaar_eindrapport_FlexNode.pdf

----------------------

Flexnode Plus Project: results of testing a hydrogen-based reversible fuel cell system

Within the Flexnode Plus project the long-term degradation characteristics of a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer (5.5 kW, AC, 1 Nm3/h H2) and fuel cell (1.0 kW, DC, 0.9 Nm3/h) was experimentally tested. The electrolyzer unit was operated at various loads and pressures for approximately 750 hours in total, while the fuel cell was operated at a constant load of 1 Ω resistance for approximately 1120 hours in total. The efficiency of the hydrogen production in the electrolyzer and the electricity production in the fuel cell was expressed using the hourly average system efficiency and average cell efficiency. In

order to predict the state of health and remaining lifetime of the electrolyzer cell and fuel cell, the decay of the cell voltage over time was monitored and the direct mapping from aging data method was used.

The electrolyzer cell showed a stable cell voltage and cell efficiency in the studied time period, with an average cell voltage decay rate of 0.5 μV/h. The average cell voltage of the fuel cell dropped with a rate of 2 μV/h during the studied time period.

https://research.hanze.nl/admin/files/27666388/Flexnode_Plus_Electrolyzer_fuel_cell_study_at_Hanze_Results_final.pdf

-------------------------

Werkwijze in Voucher-traject H2-Tech voor het project Groene Waterstofbooster: Coaching bij business model development voor een waterstofpowerpack voor elektrische fietsen

Door Annet Jantien Smit (Senior Lecturer Research Methodology & Business model development)

Wat wil dit bedrijf?

H2-Tech is een bedrijf dat voertuigen en machines technisch ombouwt, zodat deze geschikt zijn voor waterstof, zoals fietsen, scooters, aggregaten, etcetera. H2-Tech heeft een business idee voor een nieuw produkt: een waterstofpowerpack voor elektrische fietsen. Deze waterstofpowerpack is universeel bruikbaar op elektrische fietsen. De waterstofpowerpack is ook uitwisselbaar met een gangbare elektrische fiets-accu. De technische ontwikkeling is vergevorderd.

Wat gaan we doen in dit traject?

Vanuit het project Groene Waterstofbooster heeft H2-Tech een voucher ontvangen voor coaching bij business model development voor dit waterstofpowerpack voor elektrische fietsen. Technologisch is dit product maakbaar. Deze waterstofpowerpack is al gebouwd en getest door H2-Tech. Bij het ontwikkelen van een business model heb je ook andere soorten vragen:

“In sum, a business model defines who your customers are, what you are selling, how you produce your offering, and why your business is profitable.”[1]

Voor H2-Tech is de vraag nu welke marktvraag bestaat voor een waterstofpowerpack en of het financieel haalbaar is:

Kortom:

• Voor welke klantsegmenten lost een waterstofpowerpack voor elektrische fietsen een probleem op, of bedient het een latente marktvraag, waarom, en welke ontwerpeisen stelt dit aan het product?
• Hoe, met welke kostenstructuur, prijsmechanisme, verdienmodel en inkomstenstromen, is het leveren van een waterstofpowerpack voor elektrische fietsen op schaalbare wijze rendabel?  

Wat levert een voucher van Groene Waterstofbooster aan meerwaarde voor dit bedrijf?

Tijdens onze activiteiten binnen het Voucher ontwikkelen we een business model voor de waterstofpowerpack voor elektrische fietsen. We gebruiken daarvoor het bekende business model canvas.

AJS-blog-1.jpg

In het business model canvas zie je hoe de verschillende componenten in samenhang drie kernmodellen vormen, waarin drie kernvragen centraal staan: Is it feasible, desirable & viable?

In lijn met bovenstaande vragen van H2-Tech richten we ons op de componenten waarin ideeën en aannames worden getest over hoe een waterstofpowerpack desirable en financially viable kan zijn.

AJS-blog-2.jpg

Hiervoor gebruiken we de Lean Startup-methode. De Lean Startup-methode, zoals hier gebruikt, is ontwikkeld voor en door startups, maar wordt ook gebruikt in grote bedrijven die nieuwe produkten willen ontwikkelen, zoals GE en Unilever[2]. De Lean Startup-methode is een vorm van agile werken, toegepast op business model development[3]: In iteratieve cycli ontwikkel én test je risicovolle business concepten. Je begint met met korte, snelle en goedkope business experiments om snel enigszins onderbouwd inzicht te krijgen of een product-idee kansrijk is, zoals een search trend analysis. Zo ja, dan valideer je deze inzichten met langduriger, vaak duurder onderzoek, zoals een marktonderzoek.

Wat zijn voorbeelden van mogelijke business experiments voor een waterstofpowerpack?

Business experiments zijn vaak korte, snelle, systematische onderzoekjes om aannames over business ideeën te testen. Je prioriteert dan aannames waar veel onzekerheid over bestaat, maar die van kritisch belang zijn voor het slagen van dit business idee.

H2-Tech heeft als aanname over voor wie een waterstofpowerpack welk probleem kan oplossen (desirability):

De waterstofpowerpack biedt waarde voor early adopters van high-end elektrische fietsen door het vergrote bereik (250-300 km)

Deze aannames kunnen we tijdens het Voucher-traject testen met bijvoorbeeld interviews of focusgroepen met mogelijke early adopters, experts of fietshandelaren; een search trend analysis op zoekmachines zoals Google; analyse van discussieforums over elektrisch fietsen; een website maken met een explainer video en een presale-functie.

H2-Tech heeft als aanname over hoeveel inkomsten een waterstofpowerpack kan opleveren per product (financially viability):

Klantsegmenten: Early adopters van high-end elektrische fietsen zijn bereid om 600-10.000 euro te betalen voor een waterstofpowerpack.

In bovengenoemde interviews of focusgroepen kan je de willingness-to-pay meten. Een B2C-experiment is buy-a-feature, waarin eindgebruikers met monopolygeld hun budget kunnen alloceren aan de kenmerken van de brandstofcel, zoals vergoot bereik, temperatuuronafhankelijk functioneren, imago-waarde. Als B2B-experiment is een “letter of intent” een test of bijvoorbeeld fietsfabrieken de intentie hebben om waterstofpowerpacks aan te bieden als product bij hun elektische fietsen.

Heeft u interesse in deze waterstofpowerpacks of H2-Tech? Neem dan contact op met H2Tech: https://www.h2-tech.nl/contact/.

 Juliana Montoya Cardona

Date: 29th March 2019

The gas and electricity transmission operators (TSO) have the vision to interconnect their networks with H2, by distributing the green H2 produced with offshore electrolysers into high pressure gas pipelines to provide the industrial production zones and to relief the overload electric network. The planned compressed H2 pipelines cross the north of North-Holland region, offering a backbone (from 2030) for a H2 economy. In this region, there are already a big number of private-public H2 developments, therefore, the North-Holland region analyse an action plant to promote the H2 economy, from the emergence to settled, by identifying early and potential producer-consumer, considering the future infrastructure requirements, and exploring economy-environmental impacts of different supply paths.