In de energietransitie stappen we langzaam van het aardgas af, maar het idee dat de bestaande aardgasleidingen te gebruiken zijn om waterstof mee te transporteren, is onzin, schrijft een groep onderzoekers in een recent artikel. Technisch zou het misschien nét kunnen, maar het is veel en veel te duur.
Wat zou het fantastisch zijn als de bestaande aardgasleidingen met een paar simpele ingrepen aangepast konden worden voor waterstof. Die energiedrager lijkt namelijk een belangrijke rol te gaan spelen in de transitie naar schonere energie (hoewel daarover de meningen uiteenlopen).
Veel mensen denken dat het kan. Het idee: haal de aardgas uit de leidingen, maak ze schoon en laat er waterstof doorheen stromen. Ook in Nederland gelooft men hierin, als we afgaan op de communicatie van onder meer Gasunie.
Maar het gaat waarschijnlijk niet lukken, schrijft een groep onderzoekers in een artikel in het tijdschrift Energy Science & Engineering (gratis te lezen) dat onlangs verscheen. Waterstof heeft zulke afwijkende fysische en chemische eigenschappen vergeleken met aardgas (dat hoofdzakelijk bestaat uit methaan) dat dit grote gevolgen heeft voor de veiligheid, de hoeveelheid energie die kan worden vervoerd, het klimaat en de kosten.
Economisch niet rond te krijgen
‘Het gebruik van waterstof in het gasnet als vervanging van aardgas krijg je economisch niet rond’, mailt Paul Martin van Spitfire Research, eerste auteur van het artikel, op vragen van De Ingenieur. Zijn bedrijf in Toronto, Canada, adviseert bedrijven bij het duurzamer maken van hun chemische processen.
‘55 onafhankelijke studies komen tot nu toe uit op dezelfde conclusie. Ons punt is niet dat het technisch onmogelijk is om waterstofgas door een voormalige aardgasleiding te pompen, maar wel dat dit zóveel problemen oplevert dat het hoogstwaarschijnlijk economisch gezien onhaalbaar is. En dus ook geen zinnige bijdrage levert aan het CO2-vrij maken van de samenleving.’
Verschillen op een rijtje
In het artikel onderzoeken de auteurs hoe geschikt bestaande aardgasinfrastructuur eigenlijk is voor de distributie van waterstof. Ze zetten om te beginnen de verschillen tussen de gassen waterstof en aardgas op een rijtje. Dat zijn immers heel andere gassen: waterstofmoleculen zijn bijvoorbeeld kleiner, en waterstofgas is explosiever dan aardgas.
Ook beschrijven de onderzoekers de stand van zaken wat betreft de nieuwste wetenschap en techniek van het inzetten van componenten in de aardgas-waardeketen voor de distributie van waterstof, en bespreken ze de voorgestelde oplossingen voor het bouwen van een effectieve waterstofwaardeketen.
Lastig om te bouwen
Wat blijkt? Zo’n beetje elk onderdeel in de waardeketen van aardgas is lastig om te bouwen voor gebruik voor waterstof.
Neem alleen al het staal waar de aardgasleidingen van zijn gemaakt. Het waterstofmolecuul is het kleinste molecuul dat er bestaat en daardoor kan het andere materialen binnendringen, ook staal. Daar zorgt het ervoor dat de haarscheurtjes die optreden door langdurige wisselende belasting (vermoeiing) sneller groeien.
Staal zal sneller scheuren
Tegelijk zorgt in het staal binnendringend waterstof voor afnemen van de zogeheten breuktaaiheid, wat uiteindelijk zorgt dat het staal sneller kan scheuren. ‘Hoewel er onderzoek wordt gedaan naar coatings of deklagen die het staal hiertegen moeten beschermen, bestaan die nog niet’, zegt Martin.
‘Ik acht het heel onwaarschijnlijk dat er ooit een beschermende coating wordt ontwikkeld om bestaande pijpen van het verkeerde materiaal veilig te maken voor een gas waarvoor ze in feite nooit zijn bedoeld.’
Dit probleem valt te omzeilen, maar alleen door de gasdruk fors te verlagen, en dat verlaagt de transportcapaciteit van de leiding. Martin: ‘Het probleem van de scheuren gaat overigens vooral over de lange aardgasbuizen voor het transport over grote afstanden bij hoge druk, niet over het netwerk dat gas naar woningen en bedrijven brengt. Daar is weglekken van waterstof wel een probleem, maar breuken vermoedelijk niet.’
Bijmengen
Een deel van deze problemen is te omzeilen door niet puur waterstof door de leidingen te pompen, maar door slechts een beetje waterstof bij te mengen bij aardgas. Klinkt misschien aardig, maar voor het klimaat zet deze aanpak weinig zoden aan de dijk, zegt Martin. ‘Om de problemen met waterstof te vermijden kun je maar gaan tot 20 volumeprocent bijmengen (ga je hoger dan moeten de apparaten bij de eindgebruiker worden aangepast op het hoge waterstofgehalte, red.). Dat is qua energie-inhoud maar 7 procent. Dus je kan tot 7 procent broeikasgasemissies terugdringen middels bijmenging. Als je dan weet dat waterstof nooit helemaal vrij is van CO2-uitstoot tijdens de productie, dan blijft er bar weinig klimaatwinst over.’
Ernstige veiligheids- en milieurisico's
Conclusie: een overgang naar zuiver waterstof is in bestaande leidingen niet mogelijk zonder aanzienlijke aanpassingen en vervangingen. Zelfs als technische en economische barrières overwonnen worden, blijven er ernstige veiligheids- en milieurisico's bestaan.
Martin wijst op een studie in het Verenigd Koninkrijk waarin ingenieursbureau ARUP berekende wat de risico’s waren van waterstofleidingen in woningen. ‘Zelfs met het gebruik van speciale kleppen zou het gebruik van puur waterstof vier keer zo vaak resulteren in brand of explosie dan met aardgas. Hoewel deze vorm van risicoanalyse gangbaar is in de industrie, waag ik te betwijfelen dat een bewoner een vier zo grote kans op brand of explosies in zijn woningen zal accepteren.’ De aanbeveling van ARUP was om in elke kamer met een gastoestel 10 x 10 centimeter grote, niet-afsluitbare ontluchtingsgaten aan te brengen, die zijn aangesloten op de buitenlucht. ‘Maar dat is natuurlijk onzin vanwege het enorme warmteverlies.’
Kostenpost
Waarom blijven bedrijven in de aardgassector dan toch zo optimistisch over het ombouwen van hun infrastructuur naar waterstof? Martin: ‘De gasindustrie wil graag het idee promoten van waterstof als vervanging voor fossiel aardgas. Hun alternatief is namelijk niet erg aantrekkelijk: toegeven dat hun infrastructuur voor gastransport en -distributie in feite een grote kostenpost is, omdat de leidingen na de overgang naar andere energievormen moeten worden opgeruimd.’
Kleine markt: waterstof als grondstof
De auteurs zien misschien een klein toepassingsgebied voor omgebouwde aardgasleidingen (zoals de 12 kilometer lange leiding tussen de bedrijven Dow Benelux en Yara in Terneuzen). ‘Er is misschien een kleine markt voor een deel van het aardgasnetwerk als een manier om waterstofgas te transporteren van toekomstige producenten van duurzaam opgewekte waterstof naar industriële gebruikers die waterstof inzetten als een grondstof, niet als brandstof. Maar dat zal een zeer beperkte capaciteit hebben – in termen van geleverde energie per tijdseenheid – vanwege de drukvermindering die we in ons artikel noemen. Het is ook waarschijnlijk dat de leidingen zich op de verkeerde locaties bevinden voor dit specifieke gebruik.’
Alle beelden: Depositphotos
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.