Proef met bijmengen waterstof in aardgasnet door IPKW’er HyET Hydrogen

Artikel uit deingenieur.nl:

IPKW’er HyET Hydrogen doet mee aan een proef in Californië waarbij een beetje waterstof wordt bijgemengd in het aardgasnet. Doel is om waterstof via bestaande leidingen te kunnen distribueren naar tankstations voor vrachtwagens en auto’s die op waterstof rijden.

Rijden op waterstof is nu nog een niche. In ons land zijn nauwelijks tankstations waar je het gas kunt tanken en er bestaan maar weinig autotypen die als brandstof waterstof hebben.

Toch wordt voor het gas een nuttige toekomst voorspeld in het transport, maar dan vooral (of in eerste instantie) voor het zwaardere transport. Bussen en vrachtwagens kunnen prima rijden op waterstof. Om preciezer te zijn: op een elektrische aandrijflijn die zijn stroom haalt uit een door waterstof gevoede brandstofcel. Het grote voordeel ten opzichte van de elektrische auto: tanken kost maar een paar minuten, tegen een paar uur voor accu’s opladen.

Er is alleen wel een klein probleempje: hoe krijg je al die waterstof bij de tankstations? ‘Industrie die nu waterstof gebruikt bestelt het vaak in flessen, die met een vrachtwagen worden gebracht. Maar in de grote hoeveelheden die toekomstige tankstations nodig hebben, is vervoer over de weg van samengeperst of vloeibaar gemaakt waterstof gewoon te duur’, vertelt director business development Marco Betting van HyET Hydrogen aan de telefoon.

Waterstof bijmengen
Ook het aanleggen van een nieuw ondergronds buizennetwerk speciaal voor waterstof, is te duur. Daarom zoeken energiebedrijven de oplossing in het bestaande aardgasnetwerk. Je kunt waterstof bijmengen in het aardgas dat daardoorheen stroom, en een apparaat dat bij het tankstation staat, haalt daar de waterstof weer uit het gasmengsel. Klaar om getankt te worden door auto’s en vrachtwagens.

Hoe dat in de praktijk moet werken, gaat het nutsbedrijf SoCalGas in de Amerikaanse staat Californië dit jaar testen. Een klein deel van het aardgasnetwerk in het zuidelijk deel van de staat krijgt daarbij waterstof toegevoerd die – in de toekomst – zal worden gemaakt door wind- of zonneparken in de buurt.

21 miljoen huishoudens
Daarbij werkt dat lokale nutsbedrijf – het grootste van de Verenigde Staten, met 21 miljoen huishoudens die worden bediend – samen met het Nederlandse technologiebedrijf HyET Hydrogen uit Arnhem. Dat ontwikkelt apparatuur om waterstof samen te persen en om waterstof van andere gassen te scheiden.

Voor het Californische project gaat HyET Hydrogen zijn zogeheten Electrochemical Hydrogen Purification and Compression-technologie inzetten (EHPC). De eerste stap hierbij – zuivering – draait om een PEM-membraan (proton exchange membrane), dat bij een mengsel van aardgas en waterstof de twee verschillende gassen uit elkaar haalt. Vervolgens wordt de pure waterstof gecomprimeerd en opgeslagen in een tank.

Membraam
De scheiding werkt als volgt. Aan weerszijden van het membraan bevinden zich de anode en de kathode (zie de figuur). Over die twee elektroden staat een elektrisch veld. Het gasmengsel stroomt binnen aan de kant van de anode, waar de waterstof ontleedt in protonen en elektronen. De protonen gaan onder invloed van het elektrische veld door het membraan heen naar de andere kant; de methaanmoleculen kunnen er niet doorheen.

Bij de kathode aangekomen combineren de protonen en elektronen tot waterstofmoleculen, het gas is nu dus in pure vorm. ‘Je kan de output van dit apparaat verhogen door het potentiaalverschil over de elektroden op te voeren. Maar dit kost meer stroom, dus er zal een optimum zitten tussen energieverbruik enerzijds en membraanoppervlak anderzijds’, zegt Betting.

Californië
In het testlab op IPKW heeft het HyET Hydrogen-team de elektrochemische gasscheider al goed werkend gekregen, maar nu is het ook benieuwd hoe dat in de praktijk uitwerkt. ‘Je ziet dat ze in Californië wat vooroplopen in de wereld op het gebied van waterstof. Ze leunen daar niet achterover, maar als nutsbedrijf wil SoCalGas alvast weten hoe dat gaat werken als je waterstof in een gasnet bijmengt.’

In eerste instantie gaat SoCalGas op een proeflocatie 10 kilogram waterstof per dag uit het gasnet halen; op termijn moet die hoeveelheid omhoog naar 100 kilogram per dag, genoeg om de tanks van zo’n twintig brandstofcelauto’s mee te vullen.

Eitje koken
Bijmengen van waterstof in het aardgasnet betekent dus ook dat gebruikers van het aardgas – burgers, bedrijven – een klein beetje waterstof krijgen. Dat is in kleine hoeveelheden geen enkel probleem. In de proef in Californië wordt eerst 3 procent, en later tot 15 procent waterstof bijgemengd. ‘Kleine waterstoffracties kan het gasfornuis in je huis gewoon aan. Het gas zal een iets lagere calorische waarde hebben, dus het aan de kook brengen van je eitje duurt een paar seconden langer’, aldus Betting (lees ook: ‘Bestaand aardgasnet kan 30 procent waterstof aan’). Wel zijn er industriële bedrijven die in hun processen echt geen waterstof kunnen gebruiken. ‘Die zullen de waterstof eruit moeten halen; of de gasleverancier doet dat voor ze.’

Overschotten opvangen
Het nutsbedrijf van zuidelijk Californië is in de VS een van de eersten die testen gaan doen met het bijmengen van waterstof bij aardgas. Ook in Nederland zijn hiervoor plannen, waarbij HyET Hydrogen betrokken is. ‘Bijmengen van waterstof wordt beschouwd als één van de manieren om overschotten van duurzaam opgewekte energie mee op te vangen. Stel je een windpark voor dat ’s nachts volop draait. Het zou handig zijn als je van dat overschot aan elektrische energie waterstof maakt, dat je niet apart hoeft op te slaan, maar dat direct het gasnet instroomt.’

En als het een beetje meezit, rijden er over een paar jaar al vrachtwagens op die waterstof. Uit de uitlaat komt dan niets anders dan waterdamp.