Waterstof heeft een enorm potentieel als schone en overvloedige energiebron. Het is echter niet eenvoudig om dit op grote schaal te benutten met behulp van conventionele technologieën en technieken. Jon Davison, Product Manager – Temperatuur & Druk van ABB, legt uit hoe recente ontwikkelingen in meettechnologieën kunnen helpen een aantal uitdagingen het hoofd te bieden en mogelijk een nieuwe waterstofrevolutie tot stand kunnen brengen.

Waterstof is de meest voorkomende chemische stof in het universum en vormt ongeveer 75 procent van alle normale materie. Het is kleurloos, geurloos, smaakloos, niet giftig en zeer brandbaar. Al deze factoren samen maken waterstof tot een potentiële gamechanger in de productie van schone energie, als het veilig en duurzaam kan worden geproduceerd.

De transitie van een fossiele-brandstofeconomie naar een duurzame economie brengt ongetwijfeld uitdagingen met zich mee. Bovendien bestaat er geen wondermiddel dat van de ene op de andere dag een koolstofvrije samenleving kan bewerkstelligen. Door gebruik te maken van technologieën die nu al bestaan, kan waterstof echter snelle vooruitgang op weg naar een duurzamere toekomst mogelijk maken.

Wat drijft de verschuiving naar waterstof?
Als de samenleving het netto nulpunt wil bereiken binnen het tijdsbestek dat is vastgelegd in het Akkoord van Parijs, dan zal dit een grote verandering vereisen in de manier waarop we onze energie produceren. Hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie vormen een belangrijk onderdeel van elke toekomstige energiemix, maar deze bronnen zijn van nature intermitterend. Hoewel dit tot op zekere hoogte kan worden verzacht met een geavanceerd netwerkontwerp en voldoende redundantie, is het nog steeds verstandig om over constante energiebronnen te beschikken waarop u kunt terugvallen. Traditioneel betekende dit steenkool, kernenergie en aardgas. Deze drie worden echter tot op zekere hoogte als problematisch beschouwd in de context van het netto nulpunt.

Waterstof daarentegen is overvloedig aanwezig en relatief toegankelijk, waarbij in sommige gevallen gebruik wordt gemaakt van de bestaande infrastructuur. Nu de gevolgen van de klimaatverandering zichtbaarder en schadelijker worden, zijn er steeds meer nieuwe oplossingen nodig om de transitie naar schone en koolstofarme energie te versnellen. Energiezekerheid is ook een belangrijke factor die een verschuiving naar duurzamere energie aanstuurt, waarbij veel landen steeds meer zelfvoorzienend willen worden te midden van stijgende energieprijzen en geopolitieke volatiliteit.

Waterstof als element is zelf onzichtbaar. Wanneer het echter als energiebron wordt gebruikt, wordt het geclassificeerd op basis van de productiemethode en heeft elk zijn eigen kleur. Hoewel de naamgevingsconventies van regio tot regio variëren, kan waterstof grijs, blauw, groen, zwart, bruin, roze, geel of turkoois zijn, afhankelijk van de manier waarop het wordt geproduceerd.

Onderaan de schaal hebben we zwarte en bruine waterstof, die het meest milieubelastend zijn. Bij deze processen wordt de CO₂ en koolmonoxide dat ontstaat tijdens het waterstofproductieproces, worden niet heroverd. Grijze waterstof is momenteel de meest voorkomende vorm van waterstof en wordt gegenereerd uit aardgas of methaan via een proces dat stoomreforming wordt genoemd.

Blauwe waterstof gaat nog een stap verder door de koolstof op te vangen die wordt gegenereerd tijdens het stoomreformingproces en deze ondergronds op te slaan in een proces dat algemeen bekend staat als koolstofafvang en -opslag (CCS). Deze methode is een enorme verbetering ten opzichte van zwarte, bruine en grijze waterstof wat betreft de impact op het milieu. Het kan echter niet als een volledig koolstofvrije brandstofbron worden beschouwd, omdat niet alle tijdens het proces gegenereerde koolstof kan worden opgevangen. Bovendien is het opslaan van koolstof in de grond inherent niet duurzaam.

Groene waterstof is de heilige graal van de waterstofproductie. Hier wordt waterstof geproduceerd door elektrolyse om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De elektriciteit wordt geleverd uit hernieuwbare bronnen en veroorzaakt weinig tot geen CO2-uitstoot. Groene waterstof is een schone brandstof en produceert als bijproduct alleen water. Hoewel groene waterstof op kleine schaal is gedemonstreerd, zijn de technologie en processen nog niet ontwikkeld om de productie ervan op grotere schaal te vergemakkelijken.

Een stapsgewijze aanpak
Totdat we de technologie en infrastructuur hebben voor de grootschalige productie van groene waterstof, is blauwe waterstof het beste alternatief. Hoewel blauwe waterstof op zichzelf een onvolmaakte oplossing is, is het daarom een ​​essentiële faciliterende technologie of een opstapje naar koolstofvrije energie. Technologische vooruitgang in de moderne tijd vindt plaats in stappen in plaats van in paradigmaverschuivingen, en algemeen wordt aangenomen dat grootschalige groene waterstofproductie niet kan worden bereikt zonder eerst de productie van blauwe waterstof onder de knie te krijgen.

CCS is daarom ook een belangrijk onderdeel van de reis naar emissievrije energieproductie. CCS wordt door sommigen als controversieel gezien, maar het is belangrijk om te onthouden dat het niet als een oplossing van de ene op de andere dag naar een netto nulpunt kan worden beschouwd. Het is eerder een springplank voor de bredere verschuiving naar groene waterstof en emissievrije energieopwekking. In een ideale wereld zouden we onmiddellijk overstappen naar een koolstofvrij bestaan, maar dit is simpelweg niet realistisch zonder aanzienlijke maatschappelijke ontwrichting. Economieën hebben tijd nodig om zich aan te passen, technologieën hebben tijd nodig om zich te ontwikkelen, en infrastructuurprojecten hebben tijd en investeringen nodig voordat ze tot leven kunnen worden gebracht. Blauwe waterstof, en bij uitbreiding CCS, kan de weg vrijmaken voor een kosteneffectieve en snelle opschaling van de groene waterstofproductie in de toekomst.

Nauwkeurige meting bij de productie van waterstof
De productie van zowel blauwe als groene waterstof, vooral op grote schaal, is niet zonder uitdagingen. Processen moeten met een hoge mate van precisie worden gecontroleerd om een ​​effectieve en veilige werking te garanderen, terwijl maximale productiviteit, efficiëntie en zuiverheid van het waterstofgaseindproduct wordt bereikt. Effectieve controle van deze variabelen vereist effectieve metingen.

Wanneer u een hoeveelheid waterstof van de ene plaats naar de andere verplaatst, moet u precies weten hoeveel product er bij de overdracht betrokken is, niet in de laatste plaats voor facturerings- en belastingdoeleinden. Dit wordt doorgaans bereikt door middel van stroommeting. Drukmeting is ook belangrijk om ervoor te zorgen dat leidingen en andere infrastructuur niet barsten of anderszins de integriteit van het proces in gevaar brengen.

Het comprimeren of decomprimeren van waterstofgas zorgt ervoor dat het warmte genereert of verliest. Als er te veel wordt gegenereerd, kan het te veel ontbranden, en daarom moet de temperatuur ook om veiligheidsredenen worden gemeten. Kwaliteit is ook belangrijk. De meeste waterstof die op de markt wordt verkocht, is niet 100 procent zuivere waterstof, omdat additieven zoals stikstof in kleine hoeveelheden kunnen worden toegevoegd. Zowel koper als verkoper moeten daarom weten wat de verhouding is tussen pure waterstof en additieven om de prijs te kunnen bepalen en transparantie te bieden voor de bredere markt.

Het meten van waterstof kan zijn eigen unieke uitdagingen met zich meebrengen. Permeatie is bijvoorbeeld een specifiek probleem bij drukinstrumenten. Deze hebben een dun membraan aan de binnenkant, waardoor gassen, dampen en vloeistoffen kunnen binnendringen. Na verloop van tijd zal dit uiteindelijk leiden tot kalibratieverschuivingen, wat een ernstig probleem kan zijn wanneer kritische metingen hierdoor verstoord kunnen worden. Het kiezen van de juiste meettechnologie voor de juiste toepassing is essentieel om ervoor te zorgen dat processen te allen tijde effectief en veilig blijven.

Hoewel sommige metingen in bepaalde stadia belangrijker zijn dan andere, is het van cruciaal belang dat metingen van debiet, druk, temperatuur en kwaliteit allemaal tot op zekere hoogte nodig zijn. Hierdoor krijgen bedrijven een compleet beeld van wat er gaande is tijdens de productie-, distributie- en transportfasen.

Het bereiken van een netto nulpunt zal noodzakelijkerwijs een substantiële afbouw van de olie- en gasexploratie en -activiteiten over de hele wereld vereisen. De olie- en gasindustrie is echter een zeer volwassen industrie, en veel economieën blijven er sterk afhankelijk van voor hun inkomen, handel en energiezekerheid. Dit kan daarom een ​​grote barrière vormen voor vooruitgang op het gebied van de klimaatdoelstellingen.

Waterstof kan mogelijk helpen om de transitie hier soepeler te maken. Naast het vervangen van conventionele fossiele brandstoffen als verhandelbaar goed, is een groot deel van de infrastructuur, technologie en expertise die nodig is voor grootschalige waterstofproductie al ontwikkeld en geperfectioneerd voor de olie- en gasindustrie. CCS is een voorbeeld van een techniek die op de korte termijn voordelen kan opleveren voor olie- en gasprocessen, waarbij koolstof in bestaande putten wordt geïnjecteerd om een ​​grotere opbrengst op te leveren.

De volgende stappen zetten richting een waterstoftoekomst
Omdat waterstofproductie een relatief nieuwe industrie is vergeleken met olie en gas, is het regelgevingskader eromheen lang niet zo geavanceerd. Er is snel vooruitgang nodig om dit raamwerk op te schalen, zodat het gelijke tred kan houden met de gelijktijdige opschaling van de waterstofinfrastructuur. Veel normen die van toepassing zijn op gasmeters, conversieapparatuur en software in olie- en gastoepassingen zijn bijvoorbeeld niet van toepassing op waterstof. Dit moet veranderen, en de belangrijkste belanghebbenden in het waterstoflandschap moeten samenkomen om werkbare normen voor de bredere industrie vast te stellen en te harmoniseren.

ABB is een belangrijke leverancier van meetoplossingen voor zowel fossiele brandstoffen als de productie van hernieuwbare energiebronnen en is momenteel actief betrokken bij deze discussies. Het heeft ook een reeks nieuwe oplossingen ontwikkeld die specifiek zijn gericht op de waterstofindustrie. Deze omvatten het “H-shield”, dat wordt gebruikt op druk-, niveau- en debietmeetproducten als een superieur en kosteneffectiever alternatief voor conventionele vergulding, en biedt een extreem hoge weerstand tegen waterstofpermeatie.

ABB heeft ook een reeks niet-invasieve oplossingen ontwikkeld als alternatief voor traditionele thermowells, voortbouwend op de uitgebreide ervaring van het bedrijf op het gebied van olie- en gasmeettechnologieën. Digitale hulpmiddelen kunnen operators helpen ervoor te zorgen dat hun apparaten te allen tijde nauwkeurig en foutloos zijn, en een verschuiving naar voorspellend onderhoud en bediening op afstand mogelijk maken.

Ga voor meer informatie over het Measurement & Analytics-waterstofportfolio van ABB naar: https://new.abb.com/products/measurement-products/hydrogen

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://envirotecmagazine.com/2024/02/09/why-hydrogen-is-the-key-to-a-low-carbon-future/