In de energietransitie wordt zeker ook gekeken naar waterstof als drager van schone energie. Het voordeel van waterstof is dat het in grote hoeveelheden getransporteerd kan worden naar de afnemers. In Nederland zouden we daarvoor bovendien een deel van het bestaande aardgasleidingnetwerk kunnen gebruiken. Hartstikke makkelijk. Maar hoe zit het dan met de kans op waterstofbrosheid? Doemt hier een grote markt op voor applicateurs? Om met het slechte nieuws te beginnen: als we waterstof in plaats van aardgas door bestaande of nieuwe aardgasleidingen gaan transporteren, zijn oppervlaktebehandelingen niet nodig. Een expert legt uit hoe dit zit.

Alfons Krom is in Nederland de materiaalspecialist op het gebied van het transport van aardgas of waterstof door bestaande of nieuwe aardgasleidingen . Hij is werkzaam bij Gasunie en gepromoveerd aan TU Delft op het transport van waterstof door staal en de invloed ervan op de mechanische eigenschappen. Dat er nu meer naar waterstof als energiedrager wordt gekeken, is niet helemaal nieuw. Al sinds 2018 transporteert Hynetwerk Services,
een dochteronderneming van Gasunie, waterstof in Zeeuws-Vlaanderen en dat dit slechts bij weinigen bekend is, komt waarschijnlijk doordat dit transport nog steeds zonder incidenten verloopt.

En dat zonder toepassing van enige oppervlaktebehandeling aan de binnenzijde van de leidingen. Volgens Alfons Krom hoeven we ons bij het transport van waterstof door aardgasleidingen geen zorgen te maken over waterstofbrosheid, omdat die kans daarop an sich klein is en het restrisico met tamelijk eenvoudige beheersmaatregelen kan worden afgedicht. Maar hoe zit het nu met het transport van waterstof door aardgasleidingen? Alfons Krom: “Die twee gassen hebben grote overeenkomsten, maar ook enige verschillen. Waterstof is wat makkelijker in brand te steken dan aardgas, maar zowel methaan, aardgas en waterstof zijn niet corrosief. Alleen als er waterstofatomen gaan ontstaan in de leidingen is het opletten geblazen. Maar een waterstofmolecuul zal onder de transportcondities op aarde nooit spontaan uit elkaar vallen in twee atomen.

Dat kan alleen gebeuren met behulp van een katalysator zoals ijzer. Een stalen leiding is beschermd met een oxidelaag. Alleen bij een lasfoutje aan de binnenzijde van de leiding kan door drukwisselingen schoon ijzeroppervlak ontstaan. Dit zou ook gebeuren in aardgas en is op zich niets schokkends. Alleen kunnen bij waterstofgas hier waterstofatomen ontstaan die het staal in kunnen dringen. De snelheid waarmee het lasfoutje groeit, is dan wel hoger.” 

OORZAKEN VAN LEKKEN
Hij vervolgt: “In bepaalde waterstofexperimenten met een stukje staal waar een scheur inzit, zie je bij vermoeiingsbelasting dat de scheurgroeisnelheid in waterstof een factor tien of meer hoger is dan in aardgas. Dat zou kunnen betekenen dat het lasfoutje bij aardgas onder normale transportcondities geen probleem is. Het slaapt eigenlijk een beetje. Maar bij waterstof door de leiding zou er na verloop van pakweg twintig jaar ineens een lek
zichtbaar kunnen worden.

Gelukkig zijn er beheersmaatregelen om dit te voorkomen.” Voordat we die belichten, gaan we eerst nog wat dieper in op de mogelijke oorzaken van lekken in stalen leidingen. Een voor de hand liggende oorzaak zijn lasnaden, zowel in de lengterichting (een leiding is een rondom gewalste plaat) als bij het begin en eind waar leidingen aan elkaar worden gelast. Met niet-destructief onderzoek wordt gekeken naar foutjes in de lassen. Bij een dergelijk onderzoek is er een kans dat een defect niet ontdekt wordt. Maar Alfons Krom acht die kans heel erg klein. “Vermoedelijk zijn die er niet, ik heb ze nog nooit gezien sinds ik bij de Gasunie werk.

Ook op Europees niveau worden dergelijke incidenten bijgehouden, maar daaruit blijkt ook niet dat er defecten inslijpen door vermoeiing. Dat is een fenomeen dat we bij aardgasleidingen niet kennen, maar we kunnen het niet uitsluiten. We hebben liever geen lekken. Aandachtspunt is en blijft dat je vermoeiing van de leiding zoveel mogelijk voorkomt en dit doe je door het aantal wisselingen van druk en van de hoogte van druk zoveel mogelijk te voorkomen. Dus dat de druk in de leiding zoveel mogelijk constant blijft.” 

WISSELINGEN OPVANGEN
Dat betekent voornamelijk dat je ervoor moet zorgen dat zowel de invoer van aardgas in de leidingen als de aflevering constant blijven. Als je aardgas gaat afleveren bij fabrieken en netbeheerders is wisseling daarvan en dus ook wisseling van druk niet ondenkbeeldig. Maar dat zal dan slechts een paar bar zijn en dat is volgens Alfons Krom niet zo ernstig. Als we aardgas vervangen door waterstof zal dat in eerste instantie ook zo zijn. Maar het aanbod kan wel wisselend zijn, bijvoorbeeld als waterstof gemaakt wordt uit wind- en zonne-energie.

Als die alle twee tegelijk uitvallen, zou de druk omlaag kunnen gaan (wisseling). Om dat op te vangen, bestaat het idee om waterstof uit een buffer te halen waarin het eerst is opgeslagen. De verwachting is overigens dat waterstof in eerste instantie afgeleverd gaat worden bij industriële bedrijven, zodat ze van het aardgas af kunnen of omdat ze aardgas gebruiken als bron voor waterstof. Hoe dan ook: die afname zal min of meer constant zijn. “Wij hebben ook simulaties gedaan met toekomstig waterstof in het leidingnetwerk en gekeken wat er gebeurt als we het transport uitzetten of wat minder produceren, doordat zon en wind het even laten afweten.

Door heel veel scenario’s door te rekenen, hebben we gekeken of die leiden tot grote drukwisselingen en dat viel eigenlijk reuze mee. Dat komt doordat waterstof heel snel door de leidingen gaat en doordat drukgolven in gasleidingen uitdempen, in tegenstelling tot drukgolven in vloeistofleidingen. Als je daar in het begin een drukgolf creëert, heb je er aan het eind nog steeds veel last van. Als Gasunie moeten we ervoor zorgen dat vermoeiing niet optreedt. Met een aantal maatregelen bestrijden we dat.

Ten eerste houden we alle drukwisselingen nauwlettend in de gaten. Vervolgens gaan we na verloop van tijd de leidingen inwendig inspecteren met als doel mogelijke defecten op te sporen. Die inspectie gebeurt door een apparaat in de leiding te brengen dat deels door de gasstroom wordt voorbewogen. Er zitten bepaalde sensoren op die een bepaald geluid uitzenden. Als er een defect is, komt er geluid terug. Aan de hand daarvan kunnen we de precieze locatie van het defect opsporen. Als het om een echt kritisch defect gaat, graven we de leiding op om deze te repareren.”  

SCENARIO’S
Kortom: bij het transport van waterstof zit de crux in de kans of er vrije waterstofatomen gaan ontstaan. Bij normale omgevingscondities is die kans heel klein, maar die kans wordt wel groter als druk en temperatuur gaan toenemen. Volgens Alfons Krom is een keiharde grens niet aan te geven, maar een temperatuur van ongeveer 200 graden zal wel zorgelijk zijn. In het dagelijks leven vindt het transport plaats tussen de 5 tot 50 graden Celsius.
Dat blijft daar dus ver onder. Gasunie gaat het gas niet opwarmen en ook de gasdruk wordt beheerst.

De leidingen zijn ontworpen voor een bepaalde druk, zo tussen de 40 tot 80 bar. Als er waterstof doorheen gaat, is het plan te beginnen met een druk van 30 bar en die misschien later te verhogen naar 50 bar. Qua temperatuur is waterstof chemisch inert bij een omgevingstemperatuur van tussen 20 tot 50 graden. Het reageert nergens mee behalve met zuurstof, maar dat schittert juist door afwezigheid. In de leiding zelf worden er dus niet veel problemen verwacht. Hoe ziet het waterstofscenario er naar verwachting uit de eerste jaren? “In Noord-Nederland wordt nu een klein waterstofnetwerk aangelegd met gedeeltelijk nieuwe leidingen. Ook wordt in het Rotterdamse havengebied een nieuwe leiding aangelegd die aansluit op de grote waterstoffabriek die Shell daar wil neerzetten. 

Het bestaande aardgasleidingnetwerk is geschikt voor transport van waterstof, maar je moet een aantal dingen in de gaten houden zoals het aantal wisselingen en de inspectie. Ook moet je veranderingen doorvoeren in de meetapparatuur in het gasontvangststation. Maar de allereerste uitdaging is de productie van waterstof. Hoe dan ook: de toekomst van waterstof in Nederland ziet er rooskleurig uit, de verwachting is dat de komende tijd een landelijk waterstofnetwerk zal verrijzen, voornamelijk uit bestaande aardgasleidingen. Het materiaal en efficiënte beheersmaatregelen gaan er, net als in Zeeland, voor zorgen dat ook dit veilig kan. En helaas voor enkele lezers: bij het transport hebben we geen oppervlaktebehandelingen nodig.”

MEER INFORMATIE
www.gasunie.nl