Themaroute Waterstoftechniek; HAN-studenten verdiepen zich in buffering van duurzaam gas

Waterstof is niet meer weg te denken uit de energietransitie. Het gas kan fossiele brandstoffen vervangen, zoals aardgas, voor allerlei toepassingen. Het is bijvoorbeeld mogelijk om waterstof via bestaande gasleidingen naar gebouwen te transporteren, waar het omgezet kan worden in warmte. Maar er moet nog een aantal vraagstukken worden opgelost voordat waterstof een volwaardig duurzaam alternatief is in de gebouwde omgeving.

Een van die vraagstukken heeft te maken met de hoeveelheid water die in waterstofgas zit, legt Edwin Tazelaar uit. Tazelaar is medeoprichter en CTO van het Arnhemse HyMatters en gaf een studententeam van de themaroute Waterstoftechniek van de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (HAN) de opdracht om onderzoek te doen naar het vochtgehalte in waterstof. “Er is een norm voor; die stelt dat waterstof kurk en kurkdroog moet zijn. Maar die norm komt uit de automotive-industrie.”

Het grote gevaar van natte waterstof is bevriezing. Maar dat risico is een stuk kleiner in gasleidingen dan in de tank van een auto. “Gaan we dan met zijn allen meer geld steken in het drogen van waterstof? Om het bij het gebruik weer nat te maken, omdat een brandstofcel vochtige waterstof nodig heeft? Misschien zit daar ruimte in. Diep onder de grond vriest het nooit, dus je hoeft niet bang te zijn dat het water bevriest en voor een obstructie zorgt”, aldus Tazelaar.

Kan de energiedrager niet een beetje natter zijn? Vijf studenten van de opleiding Werktuigbouwkunde gingen met die vraag aan de slag. “We zijn bezig geweest met de vraag: hoeveel water mag er nou eigenlijk in die pijpleidingen zitten zonder dat er schade ontstaat? Daarvoor hebben we richtlijnen geschreven voor HyMatters”, zegt student Jesse Mennink. De conclusie is dat de waterstof iets natter mag zijn dan de huidige norm voorschrijft. Daarmee was het eerste deel van hun project afgerond.

De studenten deden ook onderzoek naar de opslag van waterstof. Mennink: “In het tweede gedeelte van het project richtten we ons op de vraag: als je waterstof in een gasleiding doet, hoe zou je dat dan kunnen uitwerken? Stel: er wordt waterstofgas gemaakt met elektriciteit uit zonnecellen. Dan heb je grofweg vijftig procent van de tijd groene waterstofproductie en vijftig procent van de dag niet. Hoe kun je die tijd dan overbruggen? Edwin Tazelaar kwam met het idee om een buffer te creëren van de gasleiding.”

De studenten richtten zich op een concrete case: de Arnhemse wijk Vredenburg. Heeft het leidingnetwerk genoeg capaciteit om waterstof op te slaan om de onbalans tussen vraag en aanbod op te lossen? Helaas. Eren Özturk: “Het gasnetwerk is natuurlijk nooit ontworpen om als waterstofbuffer te dienen. Een van onze uitkomsten is dan ook dat het niet voldoende is om waterstof op te slaan. Met het huidige netwerk dat nu in de grond ligt, kunnen we maar tot 150 huizen voorzien van waterstof. Terwijl er 1851 gasaansluitingen zijn.”

Maar wat als je een groter deel van het aardgasnet gebruikt voor buffering, zijn er dan meer mogelijkheden? In het derde deel van hun project onderzochten de studenten hoe zij wél waterstofgas kunnen bufferen in het aardgasnet. Jesse Mennink: “Als we kijken naar het huidige netwerk, welke aanpassingen kunnen we dan doen om zo’n buffer te krijgen? En wat zou het kosten?”

Waterstof kan bijvoorbeeld gekoeld worden. Van Dijk: “Je kan de dichtheid nog verder opschroeven als je het waterstofgas heel erg koud maakt. Dan moet je denken aan zo’n -250 graden Celsius.” Een andere methode om meer waterstofgas in een leiding te krijgen, is door het te comprimeren. Martijn van Dijk: “Het is net alsof je een band oppompt. Dan druk je de lucht samen en dan wordt de dichtheid hoger. In een fietsband is dat vaak niet meer dan 7 bar. Maar wat als je dat opschroeft tot 200 bar? Dan kun je veel meer opslaan.”

Hoe groter de schaal van de opslag, hoe meer mogelijkheden er zijn. De studenten keken naar het aardgasnet op verschillende niveaus. Van Dijk: “De drukregelventielen zijn bijvoorbeeld een limitatie. Die zorgen dat je minder buffer in bepaalde leidingen kan creëren, doordat het drukverschil niet groot genoeg is. Als je die ventielen vervangt of verandert, dan kun je meer drukverschil maken waardoor je meer opslag hebt.” Een belangrijk inzicht.

De studenten dragen met hun opdracht bij aan de algemene kennis over waterstoftoepassingen. Maar niet perse in het voordeel van HyMatters, vertelt Tazelaar. “We zijn als bedrijf niet alleen uit commercieel belang gestart, maar ook vanuit een ideëel belang. En vanuit dat perspectief zeggen wij: we willen studentgroepen begeleiden om te zorgen dat mensen worden opgeleid in de waterstof. Dat is de reden om hier tijd in te investeren. En de projecten die wij voorleggen, hebben te maken met vraagstukken die voor de hele sector van belang zijn.”

Om te zorgen dat meer studenten waterstofexpertise opbouwen, introduceerde de HAN het project Themaroute Waterstoftechniek. Hiermee bekwamen studenten zich niet alleen in een bepaald vakgebied, zoals elektrotechniek of werktuigbouwkunde, maar verdiepen ze zich ook in een specifiek thema. Als ze voldoende studiepunten halen met waterstofprojecten, dan krijgen ze een certificaat bij hun diploma, waaruit blijkt dat ze extra waterstofervaring hebben.

De route biedt meer voordelen. Wie start met de route kan een waterstofworkshop volgen, een onderwijsprogramma waarmee studenten kennismaken met de energiedrager. Hierdoor hebben ze een goede basis om aan waterstofprojecten te werken. En ze hebben toegang tot kennis en netwerken; bijvoorbeeld via het waterstoflab van de HAN op het Industriepark Kleefse Waard in Arnhem. Ook de studenten die aan het project voor HyMatters werkten maakten hier gebruik van.

“Ik heb een rondleiding gekregen in het H2-Lab, het is superleuk wat ze daar aan het doen zijn”, aldus Eren Özturk. Hij is gegrepen door het onderwerp en wil genoeg studiepunten halen om de themaroute Waterstoftechniek af te ronden. “Nu hebben we onderzoek gedaan naar externe opslagmogelijkheden. Als stage zou ik wel op wijkniveau een opslag willen bedenken.”