De vele kleuren van waterstof

Waterstof speelt, naast andere hernieuwbare energiebronnen en aardgas, een steeds belangrijkere rol in het landschap van schone energie. Bedrijven en landen zijn steeds meer geïnteresseerd in alternatieve brandstoffen tegen de achtergrond van de wereldwijde drang naar koolstofneutraliteit. Dit jaar heeft de EU zich ertoe verbonden tegen 2050 klimaatneutraal te worden (d.w.z. een economie met een netto-uitstoot van nul broeikasgassen), heeft Australië zijn nationale waterstofstrategie gelanceerd om de ontwikkeling van schone waterstof te versnellen en deze naar de buurlanden te exporteren en hebben Shell en BP zich ertoe verbonden tegen 2050 koolstofneutraal te worden.

Voor veel olie- en gasbedrijven die streven naar een koolstofarme economie, is waterstof een brandstof bij uitstek om te voldoen aan de klimaatdoelstellingen. De groei van waterstof zal naar verwachting in de komende 10-20 jaar een hoge vlucht nemen, waarbij de kosten zullen dalen naarmate waterstof op grotere schaal wordt geproduceerd. Met nieuwe toepassingen kan de omvang van de koolstofarme waterstofmarkt tegen 2030 oplopen tot 25 miljard US$ en op lange termijn nog verder groeien.

Waterstof brandt schoon wanneer het gemengd wordt met zuurstof, en wordt gezien als een groen brandstofalternatief voor vervoer, scheepvaart en verwarming (zowel huishoudelijk als industrieel). Interessant is dat het gebruik van waterstof als brandstof niet nieuw is. Waterstof is al een bestanddeel van raketbrandstof en wordt gebruikt in gasturbines voor de opwekking van elektriciteit, of wordt verbrand om verbrandingsmotoren aan te drijven voor de opwekking van energie. Waterstof wordt ook gebruikt als grondstof voor de productie van ammoniak, methanol en andere petrochemische producten.

In het algemeen weten we dat waterstof een goede keuze is als brandstof voor industrieën die hun economie koolstofarm willen maken, maar niet alle waterstof is gelijk. Hoewel bij de verbranding van waterstofgas alleen water vrijkomt, hangt de bijdrage ervan aan de koolstofneutraliteit af van de manier waarop het wordt geproduceerd.

Bruine waterstof wordt gemaakt door de vergassing van steenkool, waarbij bij de verbrandingCO2 vrijkomt in de lucht. Grijze waterstof is waterstof die wordt geproduceerd met behulp van fossiele brandstoffen, zoals aardgas, en is de meest geproduceerde vorm van waterstof in de wereld van vandaag. Blauwe waterstof wordt op dezelfde manier gemaakt als grijze waterstof, maar technologieën voor koolstofvastlegging en -opslag (CCS) voorkomen dat erCO2 vrijkomt, zodat de vastgelegde koolstof veilig diep onder de grond kan worden opgeslagen of in industriële processen kan worden gebruikt. Turquoise (of koolstofarm)H2 is waterstof die uit aardgas wordt geproduceerd met behulp van gesmolten metaalpyrolysetechnologie.

Zoals de naam al zegt, is groene of hernieuwbare waterstof de schoonste soort, die geen koolstofemissies produceert. Het wordt geproduceerd met behulp van elektrolyse die wordt aangedreven door hernieuwbare energie, zoals wind- of zonne-energie, om een schone en duurzame brandstof te produceren.

Bij elektrolyse wordt water (H2O) gesplitst in waterstof en zuurstof, zodat er geen afval is en alle onderdelen worden gebruikt zonder dat het milieu wordt belast. Als de energie die voor elektrolyse wordt gebruikt, uit hernieuwbare bronnen wordt gehaald, kan dit als "groene brandstof" worden geteld omdat er geen negatieve gevolgen voor het milieu zijn.

In onze volgende blog zullen we het hebben over de potentiële gevaren van waterstof die zich kunnen voordoen tijdens productie, opslag en transport, en de gasdetectieoplossingen die Crowcon biedt.

Voor meer informatie kunt u hier ons informatieblad over waterstof downloaden.

 

Referenties:

Inzetten op klimaatneutraliteit tegen 2050: De Commissie stelt een Europese klimaatwet voor en pleegt overleg over het Europees klimaatpact (apr 2020)

Shell onthult plannen om tegen 2050 netto-nul koolstofbedrijf te worden(The Guardian, 16 apr 2020)

BP heeft de ambitie om in 2050 energieneutraal te zijn en past organisatie fundamenteel aan om dit te realiseren(BP.com, 12 feb 2020)

Vorm geven aan de wereldwijde waterstofmarkt van morgen (Baker Mackenzie, jan 2020)

De gevaren van waterstof

Als brandstof is waterstof zeer ontvlambaar en lekken leveren een ernstig brandgevaar op. Waterstofbranden verschillen echter duidelijk van branden met andere brandstoffen. Wanneer zwaardere brandstoffen en koolwaterstoffen, zoals benzine of diesel, lekken, slaan zij dicht bij de grond neer. Waterstof daarentegen is een van de lichtste elementen op aarde, dus bij een lek verspreidt het gas zich snel naar boven. Dit maakt ontsteking minder waarschijnlijk, maar een ander verschil is dat waterstof gemakkelijker ontbrandt en brandt dan benzine of diesel. In feite is bij waterstof zelfs een vonk van statische elektriciteit uit iemands vinger voldoende om een explosie te veroorzaken. Waterstofvlammen zijn ook onzichtbaar, dus het is moeilijk te bepalen waar het eigenlijke "vuur" is, maar ze genereren een lage stralingswarmte door de afwezigheid van koolstof en hebben de neiging snel uit te branden.

Waterstof is reukloos, kleurloos en smaakloos, zodat lekken moeilijk te detecteren zijn met alleen menselijke zintuigen. Waterstof is niet giftig, maar in overdekte ruimten zoals accuopslagplaatsen kan het zich ophopen en verstikking veroorzaken doordat het zuurstof verdringt. Dit gevaar kan tot op zekere hoogte worden ondervangen door geurstoffen aan waterstofbrandstof toe te voegen, waardoor het een kunstmatige geur krijgt en gebruikers worden gewaarschuwd in geval van een lek. Maar omdat waterstof zich snel verspreidt, zal de geurstof waarschijnlijk niet meereizen. Binnen lekkende waterstof verzamelt zich snel, aanvankelijk aan het plafond, en vult uiteindelijk de ruimte. Daarom is de plaatsing van gasdetectoren van cruciaal belang voor de vroegtijdige opsporing van een lek.

Waterstof wordt gewoonlijk opgeslagen en vervoerd in tanks met vloeibaar waterstof. Het laatste punt van zorg is dat vloeibare waterstof, omdat het wordt samengeperst, extreem koud is. Als waterstof uit de tank ontsnapt en in contact komt met de huid, kan dit ernstige bevriezing veroorzaken, of zelfs het verlies van ledematen.

Welke sensortechnologie is het best voor de detectie van waterstof?

Crowcon heeft een breed scala aan producten voor de detectie van waterstof. De traditionele sensortechnologieën voor de detectie van brandbare gassen zijn pellistors en infrarood (IR). Pellistor gassensoren (ook wel katalytische kraal gassensoren genoemd) zijn sinds de jaren 1960 de primaire technologie voor het detecteren van brandbare gassen en u kunt meer lezen over pellistor sensoren op onze pagina met oplossingen. Hun belangrijkste nadeel is echter dat pellistor-sensoren in zuurstofarme omgevingen niet goed functioneren en zelfs kunnen falen. In sommige installaties lopen pellistors het risico vergiftigd of geremd te worden, waardoor werknemers onbeschermd blijven. Ook zijn pellistor-sensoren niet faalveilig, en een sensorstoring wordt niet gedetecteerd tenzij er testgas wordt toegepast.

Infraroodsensoren zijn een betrouwbare manier om brandbare koolwaterstoffen in zuurstofarme omgevingen te detecteren. Ze zijn niet gevoelig voor vergiftiging, dus IR kan de veiligheid in deze omstandigheden aanzienlijk verbeteren. Lees meer over IR-sensoren op onze pagina met oplossingen, en de verschillen tussen pellistors en IR-sensoren in de volgende blog.

Net zoals pellistors gevoelig zijn voor vergiftiging, zijn IR-sensoren gevoelig voor zware mechanische en thermische schokken en worden zij ook sterk beïnvloed door grove drukveranderingen. Bovendien kunnen IR-sensoren niet worden gebruikt om waterstof te detecteren. De beste optie voor de detectie van brandbaar waterstofgas is dus de sensortechnologie met moleculaire eigenschappen spectrometer (MPS™). Deze vereist geen kalibratie gedurende de hele levensduur van de sensor, en aangezien MPS ontvlambare gassen detecteert zonder het risico van vergiftiging of valse alarmen, kan het aanzienlijk besparen op de totale eigendomskosten en de interactie met eenheden verminderen, wat resulteert in gemoedsrust en minder risico voor operatoren. Molecular property spectrometer gasdetectie werd ontwikkeld aan de Universiteit van Nevada en is momenteel de enige gasdetectietechnologie die in staat is meerdere brandbare gassen, waaronder waterstof, tegelijk, zeer nauwkeurig en met één sensor te detecteren.

Lees onze whitepaper voor meer informatie over onze MPS-sensortechnologie en bezoek voor meer informatie over waterstofgasdetectie onze industriepagina en bekijk enkele van onze andere waterstofbronnen:

Wat moet je weten over waterstof?

Groene waterstof - een overzicht

Blauwe Waterstof - Een Overzicht

Xgard Bright MPS biedt waterstofdetectie in energieopslagtoepassing