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).
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; grijs, blauw, turquoise en groen
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.
Waterstof is wel degelijk een mogelijke vervanging van aardgas, maar 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. En paarse waterstof wordt gemaakt met elektriciteit uit een kerncentrale.
Licht ontvlambaar en explosiever dan aardgas
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 van detectiemethoden voor waterstof:
- 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. De DAX 420-detector van Dalemans is geschikt voor waterstof. De werking is gebaseerd op katalytische verbranding en heeft een zeer snelle reactietijd.?
Een andere oplossing voor waterstof komt van onze leverancier Crowcon Detection Instruments. Met het gebruik van de Nevada Nano MPS-sensor in hun Xgard Bright stationaire gasdetector, is dit het eerste bedrijf dat een Molecular Property Spectrometer (MPS™) brandbaar gassensor toepast in een stationaire gasdetector. Een grote stap voorwaarts voor de beveiliging van gebieden waar gevaarlijke situaties met brandbaar gas, zoals waterstof, kunnen voor komen. Vooral als in deze omgevingen meerdere gevaarlijke situaties kunnen ontstaan en/of gassensoren regelmatig gekalibreerd of vervangen moeten worden, bijvoorbeeld vanwege sensorvergiftiging. Belangrijke voordelen zijn de snelheid en precisie van de reactie van de sensor, de betrouwbaarheid en stabiliteit, en het feit dat de sensor geen kalibratie of bump testing nodig heeft.
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.
Voor vuur ben je altijd afhankelijk van 3 onderdelen, namelijk:
- Temperatuur
- Zuurstof
- Brandstof
Wil je meer weten, bekijk dan ons gratis webinar over waterstofdetectie (H2)
Onze gasdetectie specialist Peter Adema heeft een webinar gegeven samen met 2 gastsprekers van Crowcon over de nieuwe specifieke waterstof detectie methodes. Schrijf je hier in en met 50 minuten ben je helemaal bij.
Heb je dan toch nog vragen, bel dan met Peter op 06 83 929 382 of stel je vraag per mail.
