Volledig Hitma-assortiment
Hitma Gas- en vlamdetectie
2020-04-22 08:28:00

Veilig gebruik waterstof vraagt om kennis detectiemethoden

Gemiddelde leestijd 8 minuut Door Peter Adema op 22 april 2020

Waterstof is zeker in deze tijd van energietransitie een mogelijke optie ter vervanging van aardgas. Mijn collega Astrid van Ballegoy schreef hier al eerder een blog over en ik sprak hierover vorig jaar met de Gasunie. Zij willen in de toekomst hun aardgastransportnetwerk gebruiken voor het transport van waterstof. In de Eemshaven in Groningen zijn plannen voor een grote waterstoffabriek die uit elektriciteit van de offshore windmolens waterstof gaat produceren. Na transport naar de industrie, en misschien zelfs wel huishoudens, kan de waterstof weer worden omgezet naar elektra en warmte.

In deze blog ga ik dieper in op het gas waterstof. Wat is waterstof nu precies en welke detectiemethoden zijn geschikt voor waterstofgas?.

Waterstof: de theorie
Waterstof is een molecuul dat is opgebouwd uit twee waterstofatomen (H2). In de natuur komt waterstof niet als losse stof voor. Het molecuul is altijd onderdeel van andere stoffen, zoals water (H2O) of methaan (CH4, een onderdeel van aardgas). Waterstof is het meest voorkomend element in het universum. Onder normale omstandigheden is het gasvormig en spreken we over waterstofgas. Het is het lichtste gas dat we kennen, maar onder hoge druk heeft het per kilogram wel een hoge energiedichtheid van 120 megajoule (MJ). Dat is bijna drie keer zoveel als aardgas (45 MJ per kg).

Waterstof grondstof voor kunstmest (bron:https://www.beursgorilla.nl/beursnieuws/549345/Beursblik-OCI-profiteert-van-kunstmestproductie.aspx)Het gebruik van waterstof is niet nieuw. Op dit moment is het al een belangrijke grondstof voor de industrie, waaronder als grondstof voor de productie van kunstmest. Maar bij de productie van waterstof uit fossiele bronnen, komt CO2 vrij en dat willen we nu juist voorkomen.

Het kleurenpalet van waterstof
Vrijwel alle waterstof die op dit moment wereldwijd wordt geproduceerd is zogeheten ‘grijze waterstof’. De productie gebeurt op dit moment via Steam Methane Reforming (SMR). Hier reageert hoge druk stoom (H2O) met aardgas (CH4) met als resultaat waterstof (H2) en het broeikasgas CO2. In Nederland wordt op deze manier ongeveer 0,8 mln. ton waterstof geproduceerd waarvoor vier miljard kuub aardgas wordt gebruikt en dit zorgt voor een CO2-emissie van 12,5 miljoen ton.

Men spreekt over ‘blauwe waterstof’ als de CO2 die vrijkomt in het proces van grijze waterstof grotendeels (80 tot 90%) wordt afgevangen en opgeslagen. Dit wordt ook wel CCS: Carbon Capture & Storage genoemd. Dat zou kunnen gebeuren in lege gasvelden onder de Noordzee. Op dit moment wordt nog nergens in de wereld blauwe waterstof op grote schaal geproduceerd. Blauwe waterstof is  goed te gebruiken voor industriële toepassingen. Dit is een manier om op grote schaal en tegen relatief lage kosten de CO2 in de industrie te reduceren, maar deze vorm van waterstof kent een lagere zuiverheid dan de groene variant.

Volgens mij is waterstof wel degelijk een mogelijke vervanging van aardgas, maar het vraagt wel om een geheel andere kijk op beveiliging met behulp van gas- en vlamdetectie.

Groene waterstof ook wel 'renewable hydrogen' genoemd, is waterstof die is geproduceerd met duurzame energie. De bekendste is elektrolyse waarbij water (H2O) via groene elektriciteit wordt gesplitst in waterstof (H2) en zuurstof (O2). In Nederland is een groot aantal partijen bezig te experimenten met deze elektrolysers op megawattschaal. Waterstof komt ook vrij bij het op hoge temperatuur vergassen van biomassa. Alleen groene waterstof geproduceerd via elektrolyse zorgt ervoor dat grote hoeveelheden duurzame elektriciteit geproduceerd op zee en op land goed ingepast kunnen worden in ons energiesysteem. Alleen elektrolyse kan namelijk flexibel (op afroep) elektriciteit omzetten naar waterstof om dit vervolgens op te slaan.

Waterstof geproduceerd uit aardgas via de zogeheten molten metal pyrolyse technologie wordt ‘turquoise waterstof’  of 'low carbon hydrogen' genoemd. Aardgas wordt door een gesmolten metaal geleid waarbij zowel waterstofgas als vaste koolstof vrijkomt. Dit laatste kan een nuttige toepassing vinden in bijvoorbeeld autobanden. Deze technologie bevindt zich echter nog in het laboratorium.

Licht ontvlambaar en explosiever dan aardgas
Waterstof is explosiegevoelig (bron: https://www.ad.nl/auto/toyota-en-hyundai-stoppen-levering-waterstofauto-in-noorwegen-na-explosie-vulstation~acf104f9/)Waterstof klinkt als een sympathiek stofje dat graag verbindingen maakt. Maar waterstof is ook licht ontvlambaar en explosiever dan aardgas. Als waterstof brandt, zijn de vlammen bijna niet zichtbaar. Bovendien is waterstof lichter dan aardgas en kan daardoor dus makkelijker ontsnappen bij (via) kleppen en afsluiters. Dat betekent dat huidige veiligheidsmaatregelen die genomen zijn voor het in de gaten houden van aardgas, niet altijd geschikt zijn om ook waterstof te detecteren.

Hieronder enkele voorbeelden:

Vlamdetectie
Normaliter heb je bij een verbranding te maken met een gele vlam. Op basis van die kleur wordt door een vlamdetector gedetecteerd. Bij waterstof heb je te maken met een bijna onzichtbare vlam, die meer neigt naar een blauwe kleur. Er zijn daarom specifieke vlamdetectoren gemaakt, om deze nieuwe kleur vlam te zien.

Gaslekdetectie
Voor gaslekdetectie gebruiken we tegenwoordig steeds meer ultrasone detectoren. Deze manier van detectie ‘luistert’ of er een lekkage aanwezig is, binnen het hoogfrequente gebied. Dit wordt ook wel white noise genoemd. De gaslekdetector FlexSonic van Det-Tronics, heeft de mogelijkheid om 24 unieke vingerafdrukken van stoffen te herkennen, waaronder ook waterstof.

Gasdetectie
Gebruik voor gasdetectie van waterstof altijd een H2-sensor met een uitgebreid meetbereik. De 100% LEL-waarde (Lower Explosion Limit) van waterstof is namelijk 40.000 ppm. Op het moment dat je waterstofsensor maar een meetbereik heeft tot 1000 ppm, dan kan je bij de detectie van waterstof regelmatig tot de max uitslaan, waardoor je sensor al na enkele metingen vergiftigd is en je een nieuwe sensor nodig hebt. Mijn eigen voorkeur ligt bij de DAX 420 van Dalemans. Deze is gebaseerd op katalytische verbranding en heeft een zeer snelle reactietijd.

Branddriehoek
Zoals bij alle gassen heb je ook bij waterstof te maken met de branddriehoek voordat er daadwerkelijk een brand kan ontstaan. Een korte uitleg. 

Brand driehoek

Voor vuur ben je altijd afhankelijk van 3 onderdelen, namelijk: 

  1. Temperatuur
  2. Zuurstof
  3. Brandstof

 

Normaal gesproken zit er in de lucht zo’n 21% zuurstof. Op het moment dat het zuurstofgehalte daalt onder de 14%, betekent dit dat er geen verbranding meer kan plaatsvinden. Dit zegt echter niets over het gehalte waterstof (de brandstof in de driehoek) die aanwezig is. Een katalytische gasdetector zal echter pas uitslaan als er ook een direct gevaar is voor mogelijke verbranding. Daarom heeft deze detector het minimale zuurstofgehalte van 14% nodig. Nu moet je je natuurlijk ook afvragen of je dan nog wel wilt detecteren. Als er nog maar zo weinig zuurstof in de lucht is, is dat is al geen veilige situatie voor de mens… maar stel dat het nodig is, dan is dit dus wel belangrijk om in je achterhoofd te houden.

Volgens mij is waterstof dus wel degelijk een mogelijke vervanging van aardgas, maar het vraagt wel om een geheel andere kijk op beveiliging met behulp van gas- en vlamdetectie.

 
Peter Adema Specialist Gas- en vlamdetectie
Vond je dit interessant lees hier dan mijn andere blogartikelen.

Gerelateerde blogs

Bij Hitma geloven wij in meten is weten. Daarom maken wij op onze websites gebruik van cookies. Hiermee zorgen we ervoor dat de website gebruiksvriendelijker wordt. Onze cookies hebben uitsluitend analytische, communicatieve of functionele doeleinden. Door verder te gaan op onze website accepteer je cookies en vergelijkbare technieken. Lees hier meer over wat Hitma vindt van privacy