Groene waterstof - een overzicht

Wat is waterstof?

Waterstof is een van de meest overvloedige gasbronnen en is goed voor ongeveer 75% van het gas in ons zonnestelsel. Waterstof wordt in verschillende dingen gevonden, waaronder licht, water, lucht, planten en dieren, maar het wordt vaak gecombineerd met andere elementen. De meest bekende combinatie is die met zuurstof om water te maken. Waterstofgas is een kleurloos, reukloos en smaakloos gas dat lichter is dan lucht. Omdat het veel lichter is dan lucht, stijgt het op in onze atmosfeer, wat betekent dat het niet van nature op grondniveau voorkomt, maar moet worden gecreëerd. Dit gebeurt door het van andere elementen te scheiden en het gas op te vangen.

Wat is groene waterstof?

Groene waterstof wordt geproduceerd met behulp van elektriciteit om een elektrolyseapparaat aan te drijven dat waterstof scheidt van de watermolecule, waarbij zuurstof als bijproduct wordt geproduceerd. Overtollige elektriciteit kan door elektrolyse worden gebruikt om waterstofgas te maken dat voor de toekomst kan worden opgeslagen. Als de elektriciteit voor de elektrolyse afkomstig is van hernieuwbare bronnen zoals wind, zonne-energie of waterkracht, of van kernenergie (kernsplitsing of -fusie), dan is de geproduceerde waterstof groen, waarbij de enige koolstofemissies afkomstig zijn van de infrastructuur voor de opwekking ervan. Elektrolytische cellen zijn de belangrijkste technologie die wordt gebruikt voor de synthese van koolstofvrije waterstofbrandstof op basis van hernieuwbare energie, die bekend staat als groene waterstof. Groene waterstof en afgeleide producten zijn een essentiële oplossing voor het koolstofvrij maken van zware industriesectoren en zullen volgens deskundigen tot 25% van het totale eindgebruik van energie uitmaken in een net-nul-economie.

Voordelen van groene waterstof

Het is 100% duurzaam, aangezien het noch bij de verbranding, noch bij de productie vervuilende gassen uitstoot. Waterstof kan gemakkelijk worden opgeslagen, zodat het later voor andere doeleinden kan worden gebruikt en/of op het moment van productie. Groene waterstof kan worden omgezet in elektriciteit of synthetisch gas en kan worden gebruikt voor uiteenlopende huishoudelijke, commerciële, industriële of mobiliteitsdoeleinden. Bovendien kan waterstof in een verhouding tot 20% met aardgas worden gemengd zonder wijziging van de hoofdgasinfrastructuur of gastoestellen.

Nadelen van groene waterstof

Hoewel waterstof 100% duurzaam is, zijn de kosten ervan momenteel hoger dan die van fossiele brandstoffen, omdat de productie van hernieuwbare energie duurder is. De totale productie van waterstof vergt meer energie dan sommige andere brandstoffen, dus tenzij de elektriciteit die nodig is om waterstof te produceren uit een hernieuwbare bron komt, kan het hele productieproces contraproductief zijn. Bovendien is waterstof een zeer ontvlambaar gas, zodat uitgebreide veiligheidsmaatregelen essentieel zijn om lekkage en explosies te voorkomen.

Wat is The Green Hydrogen Catapult (GHC) en wat wil het bereiken?

De leden van de Green Hydrogen Catapult (GHC) zijn een coalitie van leiders met de ambitie om de ontwikkeling van groene waterstof uit te breiden en te laten groeien. Vanaf november 2021 hebben zij een verbintenis aangekondigd om tegen 2026 45 GW aan elektrolysers te ontwikkelen met gegarandeerde financiering, met bijkomende doelgerichte ingebruikneming tegen 2027. Dit is een sterk verhoogde ambitie, aangezien het oorspronkelijke doel van de coalitie bij de lancering in december 2020 25 GW was. Groene waterstof wordt beschouwd als een cruciaal element in het creëren van een duurzame energietoekomst en als een van de grootste zakelijke kansen van de laatste tijd. Er wordt gezegd dat waterstof de sleutel is tot het koolstofvrij maken van sectoren zoals staalproductie, scheepvaart en luchtvaart.

Waarom wordt waterstof gezien als een schonere toekomst?

We leven in een wereld waarin een van de collectieve duurzaamheidsdoelstellingen erin bestaat de door ons gebruikte brandstoffen tegen 2050 koolstofvrij te maken. Om dit te bereiken is het koolstofvrij maken van de productie van een belangrijke brandstofbron als waterstof, waardoor groene waterstof ontstaat, een van de belangrijkste strategieën, aangezien de productie van niet-groene waterstof momenteel verantwoordelijk is voor meer dan 2% van de totale wereldwijde CO2-uitstoot. Tijdens de verbranding worden chemische bindingen verbroken en worden de samenstellende elementen gecombineerd met zuurstof. Methaangas is van oudsher het aardgas bij uitstek: 85% van de huizen en 40% van de elektriciteit in het VK zijn afhankelijk van aardgas. Methaan is een schonere brandstof dan steenkool, maar wanneer het wordt verbrand, ontstaat kooldioxide als afvalproduct dat, wanneer het de atmosfeer binnenkomt, begint bij te dragen tot de klimaatverandering. Waterstofgas produceert bij verbranding alleen waterdamp als afvalproduct, dat niet tot de opwarming van de aarde kan bijdragen.

De regering van het VK ziet het gebruik van waterstof als brandstof en dus waterstofwoningen als een manier om groener te leven, en heeft zich ten doel gesteld tegen 2030 een bloeiende waterstofeconomie tot stand te brengen. Japan, Zuid-Korea en China liggen op koers om aanzienlijke vooruitgang te boeken bij de ontwikkeling van een waterstofeconomie, met doelstellingen die het VK tegen 2030 zullen overtreffen. Ook de Europese Commissie heeft een waterstofstrategie gepresenteerd waarin waterstof tegen 2050 24% van Europa's energie zou kunnen leveren.

Bezoek voor meer informatie onze pagina over de industrie en bekijk enkele van onze andere waterstofbronnen:

Wat moet je weten over waterstof?

De gevaren van waterstof

Blauwe Waterstof - Een Overzicht

Xgard Bright MPS biedt waterstofdetectie in energieopslagtoepassing

Hoe waterstof de gas- en staalindustrie helpt groen te worden

Groene waterstof, afkomstig van zowel koolstofarme als hernieuwbare energiebronnen, kan een cruciale rol spelen om een bedrijf - of een land - dichter bij koolstofneutraliteit te brengen. Veel voorkomende toepassingen waarin groene waterstof kan worden gebruikt zijn onder meer:

  • Brandstofcellen voor elektrische voertuigen
  • Aangezien de waterstof in pijplijngasmenging
  • In raffinaderijen van "groen staal" die waterstof als warmtebron gebruiken in plaats van steenkool
  • In containerschepen aangedreven door vloeibare ammoniak die gemaakt is van waterstof
  • In door waterstof aangedreven elektriciteitsturbines die elektriciteit kunnen opwekken op momenten van piekvraag

In dit bericht wordt ingegaan op het gebruik van waterstof bij het mengen van gas via pijpleidingen en in groene staalraffinaderijen.

Waterstof injecteren in pijpleidingen

Regeringen en nutsbedrijven over de hele wereld onderzoeken de mogelijkheden van waterstofinjectie in hun aardgasnetwerken, om het verbruik van fossiele brandstoffen te verminderen en de uitstoot te beperken. De waterstofinjectie in pijpleidingen is opgenomen in de nationale waterstofstrategieën van de EU, Australië en het VK, waarbij de waterstofstrategie van de EU de invoering van waterstof in de nationale gasnetten tegen 2050 specificeert.

Vanuit milieuoogpunt kan de toevoeging van waterstof aan aardgas de uitstoot van broeikasgassen aanzienlijk verminderen, maar om dat te bereiken moet de waterstof worden geproduceerd uit koolstofarme energiebronnen en hernieuwbare energiebronnen. Bijvoorbeeld waterstof uit elektrolyse, bioafval of fossiele brandstofbronnen die gebruik maken van koolstofafvang en -opslag (CCS).

Op vergelijkbare wijze kunnen landen die een groene waterstofeconomie willen ontwikkelen, een beroep doen op netinjectie om investeringen te stimuleren en nieuwe markten te ontwikkelen. In een poging zijn plan voor hernieuwbare waterstof op gang te brengen, is West-Australië van plan ten minste 10% hernieuwbare waterstof op te nemen in zijn gaspijpleidingen en -netwerken, en de doelstellingen van de deelstaat in het kader van zijn strategie voor hernieuwbare waterstof te vervroegen van 2040 naar 2030.

Op volumetrische basis heeft waterstof een veel lagere energiedichtheid dan aardgas, zodat eindgebruikers van een gemengd gas een groter volume gas nodig hebben om dezelfde verbrandingswaarde te bereiken als degenen die zuiver aardgas gebruiken. Eenvoudig gezegd, een bijmenging van 5% waterstof in volume vertaalt zich niet rechtstreeks in een vermindering van 5% van het verbruik van fossiele brandstoffen.

Is er een veiligheidsrisico verbonden aan het mengen van waterstof in onze gasvoorziening? Laten we het risico onderzoeken:

  1. Waterstof heeft een lagere LEL dan aardgas, dus is er een groter risico op het ontstaan van een ontvlambare atmosfeer met gemengde gasmengsels.
  2. Waterstof heeft een lagere ontstekingsenergie dan aardgas en een breed ontvlambaarheidsgebied (4% tot 74% in lucht), zodat er een hoger explosiegevaar is
  3. Waterstofmoleculen zijn klein en bewegen snel, zodat een eventueel lek zich sneller en verder zal verspreiden dan bij aardgas het geval zou zijn.

In het Verenigd Koninkrijk is huishoudelijke en industriële verwarming goed voor de helft van het energieverbruik en een derde van de koolstofuitstoot. Sinds 2019 loopt in het Verenigd Koninkrijk het eerste project om waterstof in het gasnet te injecteren, met proeven aan de Keele University. Het HyDeploy-project heeft als doel om tot 20% waterstof te injecteren en te mengen met de bestaande gastoevoer om woonblokken en campussen te verwarmen zonder de gasgestookte apparaten of leidingen te veranderen. In dit project worden gasdetectoren en rookgasanalysatoren van Crowcon gebruikt om de impact van waterstofmenging op de detectie van gaslekken vast te stellen. De Sprint Pro rookgasanalysator van Crowcon wordt gebruikt om de efficiëntie van de ketel te beoordelen.

Crowcon's Sprint Pro is een rookgasanalyser van professionele kwaliteit, met functies die zijn afgestemd op de behoeften van de HVAC-professional, een robuust ontwerp, een volledige selectie accessoires en 5 jaar garantie. Leeshier meer over de Sprint Pro .

Waterstof in de staalindustrie

De traditionele ijzer- en staalproductie wordt beschouwd als een van de grootste uitstoters van milieuverontreinigende stoffen, waaronder broeikasgassen en fijn stof. Staalproductieprocessen zijn sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen, waarvan kolenproducten 78% voor hun rekening nemen. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de staalindustrie ongeveer 10% van alle proces- en energiegerelateerde CO2-emissies in de wereld uitstoot.

Waterstof kan een alternatief zijn voor staalbedrijven die hun koolstofuitstoot drastisch willen verminderen. Verscheidene staalproducenten in Duitsland en Korea zijn reeds bezig hun uitstoot te verminderen door middel van een staalproductiemethode met waterstofreductie waarbij waterstof, en niet kolen, wordt gebruikt om staal te maken. Traditioneel wordt bij de productie van staal een aanzienlijke hoeveelheid waterstofgas geproduceerd als bijproduct, cokesgas genaamd. Door dat cokesgas door een proces te leiden dat koolstofafvang en -opslag (CCS) wordt genoemd, kunnen staalfabrieken een aanzienlijke hoeveelheid blauwe waterstof produceren, die vervolgens kan worden gebruikt om de temperatuur te regelen en oxidatie tijdens de staalproductie te voorkomen.

Daarnaast produceren staalproducenten staalproducten specifiek voor waterstof. Als onderdeel van zijn nieuwe visie om een groene waterstofonderneming te worden, heeft de Koreaanse staalproducent POSCO zwaar geïnvesteerd in de ontwikkeling van staalproducten voor gebruik bij de productie, het vervoer, de opslag en het gebruik van waterstof.

Aangezien in staalfabrieken veel ontvlambare en giftige gassen aanwezig zijn, is het belangrijk de kruisgevoeligheid van gassen te begrijpen, omdat een foutieve gasmeting fataal kan zijn. Een hoogoven produceert bijvoorbeeld een grote hoeveelheid heet, stoffig, giftig en brandbaar gas dat bestaat uit koolmonoxide (CO) met wat waterstof. Gasdetectiefabrikanten die ervaring hebben in deze omgevingen zijn goed op de hoogte van het probleem van waterstof dat elektrochemische CO-sensoren beïnvloedt, en leveren daarom standaard waterstofgefilterde sensoren aan staalfabrieken.

Voor meer informatie over kruisgevoeligheid, zie onze blog. Crowcon gasdetectors worden gebruikt in veel staalfabrieken over de hele wereld en u kunt hier meer te weten komen over Crowcon oplossingen in de staalindustrie.

Referenties:

  1. De injectie van waterstof in aardgasnetten kan zorgen voor een gestage vraag die de sector nodig heeft om zich te ontwikkelen (S&P Global Platts, 19 mei 2020)
  2. West-Australië pompt 22 miljoen dollar in waterstofactieplan (Power Engineering, 14 sep 2020)
  3. Groene waterstof in aardgaspijpleidingen: Decarbonisatie-oplossing of utopie? (Green Tech Media, 20 nov 2020)
  4. Kan waterstof meeliften op aardgasinfrastructuur? (Netwerk Online, 17 mrt 2016)
  5. Staal, waterstof en hernieuwbare energiebronnen: Vreemde bedgenoten? Misschien niet... (Forbes.com, 15 mei 2020)
  6. POSCO breidt waterstofproductie uit tot 5 miljoen ton tegen 2050ton tegen 2050 (Business Korea, 14 dec 202 0)http://https://www.crowcon.com/wp-content/uploads/2020/07/shutterstock_607164341-scaled.jpg