Van aardgas naar waterstof

Aardgas is uit, waterstof is hot. Hoe kunnen we zo snel mogelijk waterstof inzetten in de energievoorziening? Door bestaande infrastructuur te hergebruiken. Volgens critici is dat nog niet zo eenvoudig, maar Gasunie heeft er alle vertrouwen in dat het lukt.

Veel wordt verwacht van waterstof in een nieuw energiesysteem gebaseerd op schone energie, waarvan de opwekking geen CO₂-uitstoot met zich meebrengt. Om bij te springen op momenten dat de zon niet schijnt en de wind wegvalt, staan er in de toekomst naar verwachting speciale elektriciteitscentrales die waterstof verbranden.

In verschillende landen bestaan dan ook plannen om aanwezige aardgasleidingen te herbestemmen en geschikt te maken voor het transport van waterstof. Ook in Nederland, waar Gasunie een paar lange transportleidingen voor aardgas heeft aangewezen voor ombouw.

Leiding sneller klaar

De voordelen zijn duidelijk: materiaal wordt hergebruikt, er hoeven geen of minder vergunningen te worden aan gevraagd en de leiding is sneller klaar. Het scheelt ook flink in de kosten, zegt Gasunie: hergebruik van een bestaande leiding kost maar een kwart van wat een compleet nieuwe gasleiding zou kosten.

Maar kan dat wel, het ombouwen van leidingen? Volgens Gasunie is het technisch haalbaar, maar sommige wetenschappers zijn kritisch.

Zo’n ombouwoperatie is niet alleen veel ingrijpender dan technisch en economisch verantwoord is, maar de gereviseerde leiding wordt ook nooit zo veilig – voor mens en milieu – als een nieuw aangelegde waterstofleiding, zo waarschuwde een internationale groep wetenschappers in een artikel dat eind juli verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Energy Science & Engineering.

‘Zelfs als de technische en economische obstakels worden overwonnen, blijven er ernstige veiligheidsen milieurisico’s bestaan’, schrijven ze. We schreven erover in de vorige editie en online. Maar op de beweringen in het artikel is wel wat af te dingen, liet Gasunie weten aan De Ingenieur. Tijd om een en ander op een rij te zetten.

Voor een duurzame energievoorziening wordt waterstof onmisbaar. Om groene waterstof veilig en betrouwbaar te kunnen transporteren en opslaan, werkt Gasunie aan een *backbone* (ruggengraat) van gasleidingen, grotendeels van bestaande leidingen. Illustratie: Gasunie (klik op de figuur voor een vergrote weergave)

Verschillende dingen

Een verhaal over dit onderwerp moet beginnen met op te merken dat aardgas – hoofdzakelijk methaan – en waterstof echt verschillende dingen zijn. Het zijn allebei gassen, maar ze hebben verschillende dichtheden, condensatie punten en chemische eigenschappen (die met ontbranding te maken hebben). De calorische waarde van waterstof is drie keer zo klein als die van methaan: een liter waterstof bevat drie keer zo weinig energie als een liter aardgas. Het gas moet dus drie keer sneller door een leiding stromen om evenveel energie te transporteren.

Maar voor dit verhaal het belangrijkste verschil: een waterstofmolecuul – H₂ – is veel kleiner dan een methaanmolecuul (CH₄). Daardoor lekt waterstof veel sneller weg uit infrastructuur, hoopt die zich op hoge punten in afgesloten ruimten op én dringt die gemakkelijker door materialen heen.

Staal binnendringen

Dat laatste is belangrijk, want waterstof heeft hierdoor invloed op het staal van leidingen. Waterstof kan het staal binnendringen en de eigenschappen van het metaal veranderen. Dat staal wordt brosser, minder taai. Gevolg is dat scheurtjes, die soms voorkomen in het materiaal, sneller groeien dan in staal dat niet door waterstof is geïnfiltreerd.

Tweede punt van aandacht is dat dergelijke scheurgroei sneller gaat naarmate de drukveranderingen op het staal groter zijn. In een gasleiding van staal wil dat zeggen dat te grote drukwisselingen in het gas de scheurvorming als gevolg van vermoeiing (het verschijnsel dat een steeds wisselende belasting op een metaal tot een steeds groter groeiende scheur leidt) versnellen. Dit kan doorgaan totdat een metalen voorwerp helemaal scheurt. Goed opletten dus wanneer waterstofgas door stalen leidingen gaat stromen. Het openscheuren van een gasleiding moet natuurlijk worden voorkomen, want dan kan waterstofgas exploderen.

Terneuzen

Tot zover de theorie, nu de praktijk. Want het ís al eens gedaan: een leiding zodanig aanpassen dat er in plaats van aardgas nu waterstofgas doorheen stroomt. In het Zeeuwse Terneuzen stroomt tussen de bedrijven Yara en Dow Chemical sinds 2018 waterstof door een twaalf kilometer lange leiding, en dat gaat allemaal goed.

Hoe heeft Gasunie het daar aangepakt? ‘Waterstof vergt zeker een andere aanpak dan aardgas’, vertelt Otto Jan Huising, technical manager Gasunie User Inspectorate. ‘Eerst hebben we de afsluiters beoordeeld op geschiktheid voor waterstof. Verder gedraagt staal zich in een waterstofomgeving anders dan wanneer er aardgas mee in aanraking komt. Daarom kijken we vervolgens welke staalsoort in een leiding is gebruikt. Dan is het nog van belang te weten van welke defecten er eventueel sprake kan zijn. Op grond daarvan maken we een analyse: als er nu waterstof in de leiding gaat stromen, wat zijn dan de toelaatbare bedrijfscondities?’