Onderzoek permeabiliteit waterstof: witte vlekken in kennis invullen

Waterstof gaat een belangrijke rol spelen in de energietransitie. Met name waterstof die wordt geproduceerd met behulp van duurzaam opgewekte elektriciteit kan uitgroeien tot een duurzame vervanger van aardgas in bijvoorbeeld industrie, mobiliteit of de gebouwde omgeving. Terwijl concrete toepassingen van waterstof al volop in bedrijf zijn, valt er nog veel te ontdekken over de eigenschappen van het gas. Zo wordt bij Kiwa door materiaalexpert Sjoerd Jansma onderzoek gedaan naar het verschijnsel permeabiliteit.

‘Permeatie is de beweging van een stof door een materiaal’, legt Sjoerd uit. ‘Neem bijvoorbeeld een gasleiding. Daarin is de concentratie gas in de buis uiteraard groter dan daarbuiten. De gasmoleculen willen door dat concentratieverschil van de ene kant naar de andere kant bewegen en dringen daarbij door de buiswand heen. De mate waarin dat gebeurt, hangt af van zowel de stof als het barrièremateriaal en de omstandigheden. Over het algemeen zijn kunststoffen gevoeliger voor permeatie dan metalen.’

Veiligheidsrisico’s nihil

Ook in ons huidige aardgasnet permeëert gas door de leidingen. ‘Dat klinkt erger dan het is. Het gaat om hele kleine hoeveelheden die zich ook nog eens uitspreiden over flinke afstanden’, vervolgt Sjoerd. ‘Alleen in speciale situaties waar het gas zich kan verzamelen, zoals in mantelbuizen of kruipruimtes, kan bij onvoldoende ventilatie gevaar ontstaan. Veiligheidsrisico’s als gevolg van permeatie van aardgas zijn vrijwel nihil. Er zijn in internationale eisen of richtlijnen geen waarden voor permeatie vastgelegd. Maar je wilt natuurlijk wél zoveel mogelijk weten over dit verschijnsel en dit kunnen kwantificeren, zodat je op basis van goede argumenten de overstap van aardgas naar waterstofgas kunt maken.’

Gaschromatografie

Permeatie van waterstof door bijvoorbeeld een buis wordt gemeten door het ontsnapte gas aan de buitenkant op te vangen. Door gasanalyses over tijd uit te voeren, wordt de exacte mate van permeatie vastgesteld. ‘Een van de meetmethodes die we daarvoor gebruiken is gaschromatografie. Daarbij injecteer je een gasmonster in een gaschromatograaf die de waterstof scheidt van de overige gascomponenten en vervolgens analyseert.

Niet gevaarlijker dan aardgas

In opdracht van Netbeheer Nederland onderzocht Kiwa een aantal jaren geleden of het huidige aardgasnetwerk gebruikt zou kunnen worden voor het transport van waterstof. Uit het onderzoek bleek dat dit na relatief eenvoudige aanpassingen zeer goed mogelijk is. Met dit in het achterhoofd is het natuurlijk erg interessant om meer te weten over de permeabiliteit van waterstof. ‘Waterstof lijkt in heel veel opzichten op aardgas’, zegt Sjoerd. ‘Maar er zijn ook belangrijke verschillen. Zo bewegen waterstofmoleculen zich sneller door een buiswand heen dan methaanmoleculen. Dat zorgt ervoor dat waterstof een hogere permeatiesnelheid heeft. Het volume dat permeëert is dus groter, maar de energie-inhoud niet. Permeabiliteit bij waterstof is dan over het algemeen ook niet gevaarlijker dan bij aardgas. Maar zoals gezegd, is dit afhankelijk van de omstandigheden en moet daarom worden overwogen.’

Meten is weten

Dat bij waterstof een grotere permeatie optreedt dan bij aardgas mag dan niet tot problemen leiden, het is wel belangrijk om hierover zoveel mogelijk te weten te komen en zo de witte vlekken in de kennis over waterstof in te vullen. ‘Het volume- en energieverlies door permeabiliteit is weliswaar verwaarloosbaar, maar is weggelekt waterstof vertegenwoordigt natuurlijk wél economische waarde. Daarom geldt ook hier het devies: meten is weten.’

Meer info

Sjoerd Jansma publiceerde eerder de paper ‘Testing spoolable reinforced flexible pipes and liner material for high-pressure hydrogen’ (download pdf). Ook interessant is de paper ‘Modern PE pipe enables the transport of hydrogen’ (download pdf) van Kiwa en Groningen Seaports. Meer over Kiwa’s services op het gebied van onderzoek leest u hier. U kunt ook contact met ons opnemen, wij helpen u graag verder!