Description succincte
(Allemand)
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GRZ Technologies SA ist ein Spin-off-Unternehmen des Labors für Materialien für erneuerbare Energien (LMER) der EPFL. Es hat sich zum Ziel gesetzt, einen großtechnischen Wasserstoffkompressor (HyCo) auf Basis von Metallhydriden zu kommerzialisieren. Diese Technologie hat das Potenzial, die Kosten für die Wasserstoffkompression erheblich zu senken. GRZ Technologies SA hat sich relevante Industriepartner gesichert: Burckhardt Compression AG, Messer Schweiz AG, Lonza Solutions AG, Schnyder Ingenieure VS AG, LMER und The Ark Foundation haben sich dem Konsortium angeschlossen, um den Metallhydridkompressor hinsichtlich Kapazität und Desorptionsrate so zu verbessern, dass er für die industrielle Kompression geeignet ist. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist es, die technische und wirtschaftliche Machbarkeit der Technologie in einem relevanten Maßstab zu demonstrieren, indem ein großtechnischer Metallhydridkompressor entwickelt, gebaut und getestet wird, der 1:1 mit einem bestehenden mechanischen Kompressor am Standort der Lonza Solutions AG in Visp verglichen werden soll.
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Description succincte
(Anglais)
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GRZ Technologies SA is a spin-off company of the Laboratory of Materials for Renewable Energy (LMER) of EPFL. It aims to commercialize a large-scale hydrogen compressor (HyCo) based on metal hydrides. This technology has the potential to significantly reduce the cost of hydrogen compression. GRZTechnologies SA secured relevant industrial partners: Burckhardt Compression AG, Messer Schweiz AG, Lonza Solutions AG, Schnyder Ingenieure VS AG, LMER and The Ark Foundation joined the consortium with the goal to upscale its metal hydrides compressor in terms of capacity and desorption rate at level which it is suitable for industrial compression. The goal of the present project is to demonstrate the technical and commercial viability of the technology at a relevant scale by developing, building and testing a large-scale metal hydrides compressor to be compared 1:1 with an existing mechanical compressor on the site of Lonza Solutions AG in Visp.
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Description succincte
(Français)
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GRZ Technologies SA est une entreprise spin-off du laboratoire des matériaux pour les énergies renouvelables de l’EPFL. GRZ Technologies SA a pour but de commercialiser un système de compression de l’hydrogène (HyCo) basé sur les hydrures métalliques. Cette technologie a le potentiel de réduire les coûts de compression de l’hydrogène de façon significative. Une collaboration avec des partenaires industriels importants a été établie : Burckhardt Compression AG, Messer Schweiz AG, Lonza Solutions AG, Schnyder Ingenieure VS AG, LMER et la fondation TheArk ont rejoint le consortium avec pour but l’industrialisation de cette technologie à large échelle. L’objectif du projet proposé est de démontrer la viabilité technique et économique de cette technologie pour des applications industrielles en développant, construisant et testant un compresseur à hydrures métalliques qui sera comparé à l’échelle 1:1 avec un compresseur mécanique existant sur le site de Lonza Solutions AG à Viège.
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Rapport final
(Allemand)
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Das Projekt zielt darauf ab, die technische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit einer Metallhydrid-Wasserstoffkompressionstechnologie („HyCo“) im industriellen Massstab und unter realen Betriebsbedingungen zu demonstrieren. Das System wurde mit dem Ziel entwickelt, eine Kapazität von 30 kgH2/h sowie einen Druckbereich von 10 bar bis 200 bar zu erreichen. Die Technologie hat das Potenzial, die konventionelle mechanische Kompression in bestimmten Anwendungen zu ersetzen – beispielsweise dort, wo Abwärme zur Verfügung steht, eine kombinierte Speicherung und Kompression erforderlich ist oder andere Faktoren wie Lärm, Wartungsaufwand und Vibrationen eine Rolle spielen. Dieses Projekt umfasst die Entwicklung, Herstellung und Erprobung eines solchen Metallhydridkompressors. Die Entwicklungsarbeiten umfassten wesentliche Tätigkeiten in der Materialwissenschaft (Entwicklung geeigneter Metallhydridmaterialien), im thermischen Design (Optimierung des Aufbaus), in der Verfahrenstechnik sowie im Maschinenbau. Die Tests vor Ort erforderten einen erheblichen Aufwand bei der Optimierung der Prozesslogik, der Softwareentwicklung und der Integration in den Industriestandort. Der Kompressor wurde erfolgreich gefertigt und installiert. Das System wird nun unter normalen industriellen Bedingungen betrieben. Dieser Abschlussbericht dokumentiert die durchgeführten Arbeiten sowie die Ergebnisse des Projekts. Der Kompressor erreicht den Zielwert von 200 bar mithilfe der am Standort verfügbaren thermischen Energie in Form von Dampf zum Heizen und Flusswasser zum Kühlen. Das System wurde bereits über Tagen beim Befüllen von Wasserstoff-Trailern betrieben. Der thermische Energieverbrauch lag im Durchschnitt bei 8,8 kWhth/kgH2. Die thermische Energie muss bei einer Temperatur von etwa 120 °C bereitgestellt werden, was niedrigem Dampfdruck entspricht. Der elektrische Energieverbrauch wurde mit 0,2 kWhel/kgH2 gemessen. Nach Kenntnis der Autoren handelt es sich bei dem im Rahmen dieses Projekts entwickelten Kompressor um einen der grössten Metallhydrid-Wasserstoffkompressoren weltweit. Der angestrebte Verkaufspreis des Metallhydrid-Kompressors liegt auf dem gleichen Niveau wie der eines vergleichbaren mechanischen Kompressors, jedoch mit potenziell geringeren Betriebskosten falls eine kostenlose oder sehr günstige Wärmequelle verfügbar ist, was zu typischen reduzierten nivellierten Kompressionskosten von etwa bis zu CHF 1.5 pro kgH2 auf CHF 0.55 pro kgH2 führen könnte. Die erzielten Ergebnisse zeigen die mögliche Wettbewerbsfähigkeit der Technologie in Anwendungsfällen, in denen Abwärme in Form von Niederdruckdampf leicht verfügbar ist. Dies umfasst typischerweise Industrieanlagen wie Chemiewerke (z. B. Ammoniakproduktion, Herstellung synthetischer Kraftstoffe usw.), Raffinerien, Stahlwerke und andere Industrien mit einem hohen Aufkommen an verfügbarer thermischer Energie. Auf Grundlage dieser Ergebnisse ist die Markteinführung eines neuen Produkts geplant.
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Rapport final
(Anglais)
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The project aims at demonstrating the technical and economic performance of a metal hydride hydrogen compression technology (“HyCo”) at an industrial scale and under real-working conditions. The system was developed with the aim to reach a capacity of 30 kgH2/h and a pressure range from 10 bar to 200 bar. The technology has the potential to replace the conventional mechanical compression in certain applications, for instance where waste heat is available, combined storage-compression is needed or where other factors such as noise, maintenance and vibration are of relevance. This project includes the development, manufacturing and testing of such a metal hydrides compressor. The development included major work in materials science (development of the right metal hydrides materials), thermal design (optimization of the design), process engineering and mechanical engineering. The testing on site requested substantial effort in the optimization of the process logic, software development, and plant integration. The compressor has been successfully manufactured and installed. The system is now operated under normal industrial conditions. This final report details the work done and the results from the project. The compressor is able to reach the 200 bar target using the thermal energy available on site in the form of steam for heating and river water for cooling. The system has already been operated for days in the filling of hydrogen trailers. The thermal heating consumption averaged 8.8 kWhth/kgH2. The thermal energy must be provided at a temperature of around 120°C, which corresponds to lowpressure steam. The electrical energy consumption was measured to 0.2 kWhel/kgH2. To the knowledge of the authors, the compressor built within this project is one of the largest metal hydrides hydrogen compressors worldwide. The target sales price of the metal hydrides compressor is at the same level as a comparable mechanical compressor, however with potentially lower OPEX if a free or very cheap heat source is available, which could lead to typical levelized costs of compression reduced from around up to CHF 1.5 per kgH2 to CHF 0.55 per kgH2. The results obtained show the potential competitiveness of the technology in application cases where waste heat in the form of low-pressure steam is readily available. This typically includes industrial sites such as chemical plants (e.g., Ammonia production, synthetic fuel production, etc.), refineries, steel plants, and other industries with high stream of thermal energy available. Based on these results, the commercial launch of a new product is planned.
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Rapport final
(Français)
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Le projet vise à démontrer la performance technique et économique d'une technologie de compression d'hydrogène par hydrures métalliques (« HyCo ») à l'échelle industrielle et dans des conditions de fonctionnement réelles. Le système a été développé dans le but d’atteindre une capacité de 30 kgH2/h et une plage de pression allant de 10 bar à 200 bar. Cette technologie a le potentiel de remplacer la compression mécanique conventionnelle dans certaines applications, notamment lorsque de la chaleur résiduelle est disponible, qu’une solution combinant stockage et compression est nécessaire, ou encore lorsque des facteurs tels que le bruit, l’entretien et les vibrations sont importants. Ce projet comprend le développement, la fabrication et les essais d’un tel compresseur à hydrures métalliques. Le développement a nécessité des travaux importants en science des matériaux (développement des matériaux hydrures appropriés), en conception thermique (optimisation du design), en génie des procédés et en ingénierie mécanique. Les essais sur site ont demandé des efforts considérables pour optimiser la logique de processus, développer les logiciels et intégrer le système à l'installation. Le compresseur a été fabriqué et installé avec succès. Le système est désormais en fonctionnement dans des conditions industrielles normales. Ce rapport final détaille les travaux réalisés et les résultats du projet. Le compresseur est capable d’atteindre l’objectif de 200 bar en utilisant l’énergie thermique disponible sur site, sous forme de vapeur pour le chauffage et d’eau de rivière pour le refroidissement. Le système a déjà fonctionné plusieurs heures pour le remplissage de remorques à hydrogène. La consommation d’énergie thermique s’élevait en moyenne à 8,8 kWhth/kgH2. L’énergie thermique doit être fournie à une température d’environ 120°C, ce qui correspond à de la vapeur basse pression. La consommation d’électricité a été mesurée à 0,2 kWhel/kgH2. À la connaissance des auteurs, le compresseur développé dans le cadre de ce projet est l’un des plus grands compresseurs à hydrures métalliques pour l’hydrogène au monde. Le prix de vente cible du compresseur à hydrures métalliques se situe au même niveau quecelui d’un compresseur mécanique comparable, mais avec des coûts d’exploitation (OPEX) potentiellement bien inférieurs si une source de chaleur gratuite ou à basse prix est disponible, ce qui pourrait réduire les coûts nivelés de compression typiques d’environ CHF 1.5 par kgH2 à CHF 0.55 par kgH2. Les résultats obtenus démontrent la compétitivité potentielle de cette technologie dans des applications où la chaleur fatale, sous forme de vapeur à basse pression, est facilement disponible. Cela inclut généralement des sites industriels tels que les usines chimiques (par exemple, la production d’ammoniac, la production de carburants synthétiques, etc.), les raffineries, les aciéries et d’autres industries disposant d’un important flux d’énergie hermique disponible. Sur la base de ces résultats, le lancement commercial d’un nouveau produit est prévu.
Documents annexés
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