Het klinkt bijna te mooi om waar te zijn: waterstof als duurzaam alternatief voor aardgas. Op aarde komt bijna geen vrij waterstofgas voor. Het is verbonden aan elementen. Dat betekent dat waterstof geproduceerd moet worden om het te kunnen gebruiken. Voorwaarde voor de duurzaamheid is natuurlijk dat de benodigde energie voor dit proces duurzaam wordt gewonnen. En hoe is het gesteld met de veiligheid met betrekking tot de productie, het transport en gebruik van waterstofgas?
Waterstof-productieproces
Waterstofproductie is een proces dat over het algemeen koolwaterstoffen met behulp van een chemische reactie omzet in waterstofgas. De energie die hierbij wordt gebruikt, komt bij de verbranding van de waterstof weer grotendeels vrij. Het restproduct van dit proces is waterdamp. Waterstof is interessant omdat het een energiedrager is. De energie kan opgeslagen en bewaard worden voor een later moment. We kunnen er huizen mee verwarmen, onze auto’s op laten rijden en het in industriële processen gebruiken als grondstof en om stoom op te wekken.
Gaskraan dicht
Aanvankelijk waren we in Nederland vooral gefocust op andere technieken om energie op te wekken. Maar nu het besef doordringt dat de Groningse gaskraan dicht moet, krijgt waterstof steeds meer aandacht. Waterstof wordt genoemd in de klimaatplannen van het kabinet en de NAM onderzoekt of platforms in de Noordzee kunnen worden gebruikt om met behulp van windenergie groene waterstof te maken. Er zijn plannen en subsidies voor nieuwe H2-tankstations en vanaf 2019 schijnen waterstofauto's fiscaal aantrekkelijker te worden ten opzichte van het hogere segment elektrische auto's. In het buitenland wordt al serieus ingezet op waterstof. Japan wil bijvoorbeeld dat tijdens de Olympische Spelen in 2020 in Tokyo alle energie wordt geleverd door waterstof.
Waterstof biedt kansen voor de verduurzaming van de industrie.
Waterstof voor verduurzaming industrie
Ook binnen de (petro)chemische industrie is waterstof interessant, omdat bij veel processen hoge temperaturen nodig zijn. Voor temperaturen van meer dan 250 graden Celsius is waterstof als energiedrager volgens de Topsector Energie één van de alternatieven ten opzichte van elektriciteit.
Waterstof biedt kansen voor de verduurzaming van de industrie. In Zeeland en België bijvoorbeeld bundelen bedrijven hun krachten om de CO2-uitstoot te beperken. Hiervoor wordt onder andere gekeken naar een waterstofnetwerk voor de uitwisseling van waterstof tussen Vlissingen en Gent. Op Goeree Overflakkee zijn voorbereidingen om ammoniak te maken op basis van waterstof die met lokale zon en wind wordt geproduceerd. Onlangs maakte de provincie Zuid-Holland bekend versneld te willen overschakelen op duurzame waterstof. En biomethanol-producent BioMCN gaat samenwerken met Nouryon (voorheen AkzoNobel Specialty Chemicals) en Gasunie om groene waterstof af te nemen voor de productie van hernieuwbare methanol uit CO2.
Is waterstof veilig?
De mogelijkheden lijken eindeloos, maar veel mensen vragen zich af of waterstofgas veilig is. Hoe zit het met explosiegevaar? Waterstof is inderdaad zeer ontvlambaar en bij normale druk en temperatuur kleurloos, reukloos en smaakloos. Het is het lichtste element en stijgt op met 20 meter per seconde. Dat is qua veiligheid een voordeel in open ruimtes waar het gas kan ontsnappen, maar een nadeel in besloten ruimtes. Maar waterstof explodeert natuurlijk niet uit zichzelf. Er is een vlam nodig voordat waterstof brandt. Dit type gas is moeilijk te detecteren. In industriële processen past men ultrasonore gasdetectoren toe, zodat eventuele gaslekken tijdig worden opgemerkt en er adequate acties kunnen volgen. En omdat waterstof dus zeer ontvlambaar is, worden naast gasdetectoren ook vlamdetectoren ingezet om de veiligheid te kunnen garanderen.
Drukbeveiliging
Ook qua drukbeveiliging heb je bij waterstof met veeleisende omstandigheden te maken. De drukken zijn vaak zeer hoog. Neem het reactorvat in het proces. Voor een experimentele opstelling voor het meten van waterstof ontvingen we bij Hitma een vraag van een klant die op zoek was naar een passend veiligheidsventiel of een breekplaat voor een werkdruk van 700 bar en beveiligingsdruk van 875 bar -40 … 85 °C. Vanwege deze drukken kom je al snel uit bij breekplaten, maar als deze in werking moeten treden, dan heb je wel gelijk lekkage zonder sluiting. En dat is natuurlijk niet gewenst bij dit licht ontvlambare gas. Veerveiligheden gaan momenteel maar tot 400 barG, maar de ontwikkelingen staan niet stil en met de veranderende vraag uit de markt zal ook hiervoor in de toekomst ongetwijfeld een oplossing komen.
Onderzoek naar beveiliging waterstofprocessen
Er wordt overigens wel onderzoek gedaan naar welke drukbeveiligingstoestellen (veerveiligheden en breekplaten) de beste bescherming bieden binnen waterstof-processen onder hoge druk. In november 2017 verscheen bijvoorbeeld een Amerikaans testrapport van NREL (National laboratory of the U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency & Renewable Energy, Operated by the Alliance for Sustainable Energy, LLC) waarin de resultaten zijn opgenomen van testen onder verschillende omstandigheden en met verschillende drukbeveilingsmiddelen (dit rapport kun je onderaan deze pagina downloaden). Naast de drukbeveiliging moet er ook kritisch worden gekeken naar de meet- en regelapparatuur voor waterstofapplicaties. Je komt dan bijvoorbeeld uit bij high-performance vortex flowmeters die ingezet kunnen worden voor vloeistof-, gas- en stoomflowmetingen bij temperaturen tot 430ºC.
Opslag waterstof in poedervorm
Opslag en transport van waterstof is een belangrijk vraagstuk binnen de ‘waterstofeconomie’. In de februari 2019-uitgave van het vakblad FluidsProcessing stond een artikel over het bedrijf H2Fuel Systems dat een technologie heeft ontwikkeld waarmee waterstof onder atmosferische omstandigheden in poedervorm opgeslagen kan worden en weer wordt vrijgegeven met een bijzonder hoog vrijgavepercentage. Belangrijk voordeel is dat de reststoffen na recycling opnieuw te gebruiken zijn. Hoe dit proces werkt, zie je op bovenstaande afbeelding, gemaakt door Andries Idiomorf.
Ontdekker van deze manier van opslag van waterstof in poedervorm is Gerard Lugtigheid. Volgens hem is het een echte doorbraak. Hij legt in een interview bij DailyChannelTV uit dat door gebruik te maken van een combinatie waterstof en ultrapuur water het proces geen enkele schadelijke uitstoot kent (zie video). De H2Fuel-methode is bijzonder veilig als je het vergelijkt met waterstofgas onder hoge druk waarbij waterstofgas brandbaar en ontplofbaar is. Gebonden waterstof heeft geen extra distributienetwerk nodig en is snel te implementeren.
Nederland voorop in de waterstofeconomie
In mei 2018 pleitte de Waterstofcoalitie, waarin onder meer grote bedrijven en Greenpeace hebben plaatsgenomen, ervoor dat Nederland voorop moet lopen op waterstofgebied. Er is echter nog wel een grote omslag nodig, onder andere om de benodigde hoeveelheid groene energie te verkrijgen die nodig is om groene waterstof te maken. Daarnaast is waterstoftechnologie nu nog relatief duur en gasturbines en ketels in fabrieken moeten worden aangepast. De Industrietafel zou graag een tenderregeling zien, waarbij bedrijven subsidie kunnen aanvragen voor hun waterstofplannen.
Klimaatdoelen
Om de klimaatdoelstellingen te realiseren, is haast geboden. Het toepassen van groene waterstof kan een belangrijke pijler zijn bij het behalen van toekomstige klimaatdoelen, maar er zullen nog veel innovaties binnen de industrie en energiesector nodig zijn om van waterstof daadwerkelijk een duurzame energiedrager te maken. Nu in de politiek het klimaatakkoord en de benodigde energietransitie nog hoger op de agenda zijn komen te staan, lijkt de waterstofindustrie een zonnige toekomst tegemoet te gaan.
