Waterstof als indirect broeikasgas – PONT Clima

Met een soort tuinslang opgerold in een kastje op de achterbank gaan promovendus Iris Westra en onderzoeker en laboratoriumcoördinator Bert Scheeren naar het chemiepark Delfzijl om daar de waterstofconcentratie in kaart te brengen. Op het chemiepark zijn meerdere bedrijven gevestigd die met waterstof werken, waaronder een chloorfabriek en een waterstoftankstation.

Westra en Scheeren verzamelen luchtmonsters in Delfzijl

De kist op de achterbank, de actieve AirCore, neemt tijdens de reis kleine luchtmonsters en bewaart deze netjes in een spiraalbuis van ongeveer driehonderd meter lang. Ook worden locatiegegevens opgeslagen, zodat wanneer Westra en Scheeren terugkomen in het lab de monsters zeer nauwkeurig per locatie kunnen onderzoeken met een gaschromatograaf, een apparaat dat identificeert welke stoffen in het luchtmonster aanwezig zijn.

De gaschromatograaf zelf is te groot om mee te nemen en ook de analyse duurt te lang: ongeveer zeven minuten per plek. “Maar met behulp van onze actieve AirCore kunnen we, ook al is het indirect, toch mobiel meten”, zegt Meijer. “We hangen hem zelfs aan een drone, en daarvoor hebben we hier ook een gecertificeerde dronepiloot.”

Westra met AirCore op de achterbank

Luchtmonsters verzamelen met een drone

Terug in het laboratorium. Als de AirCore open is, is de spiraalbuis duidelijk zichtbaar

Van passief naar actief AirCore

Maatregelen

Op basis van deze metingen creëren Westra en Scheeren modellen van waterstoflekkage en hoe dit zich door de atmosfeer verspreidt. “In die zin is het Chemiepark Delfzijl ideaal”, zeggen de onderzoekers, “het is een soort eiland in een omgeving waar geen waterstofuitstoot meer plaatsvindt.” Hierdoor kunnen gemeten lekkages vrij eenvoudig worden herleid tot de bron: het chemiepark.

De waterstofconcentratie benedenwinds van het chemiepark (in rood, op twee verschillende dagen) is aanzienlijk hoger dan bovenwinds (in blauw). Dit geldt ook voor concentraties op de grond. Afbeelding: Iris Westra

Het gaat de onderzoekers niet om het chemiepark zelf, maar om het aantonen dat hun meetmethode werkt. En zo is het ook, zegt Westra: ‘We hebben laten zien dat we op deze manier waterstofconcentraties in kaart kunnen brengen. En met nauwkeurige informatie over de dagelijkse productie in de sector kunnen we berekenen welk percentage lekt. Die volledige informatie hebben we gewoon niet.’

het lekt

Wat wel duidelijk is: rond fabrieken en waterstoftankstations ontsnapt veel waterstof in de atmosfeer. Westra en Scheeren zien bijvoorbeeld duidelijk een verschil tussen loef- en lijzijde van het chemiepark. Ook meten ze een hogere concentratie waterstof in de bodem. ‘Al zeggen ze altijd: waterstof is zo licht dat het meteen verdampt’, zegt Westra. ‘Maar dat is niet het geval.’ Het is overigens niet zozeer dat er bijvoorbeeld explosiegevaar bestaat, maar dat de industrie dit zelf zorgvuldig controleert.

Waterstof: een indirect broeikasgas

Zuivere waterstof in de atmosfeer is slecht nieuws, leggen onderzoekers uit. Waterstof zelf is een schone brandstof wanneer het in een gecontroleerde toepassing met zuurstof wordt omgezet, met waterdamp als eindproduct. Het probleem ligt in het lekken van zuivere waterstof, die vervolgens ongecontroleerd reageert met andere verbindingen die in de atmosfeer aanwezig zijn.

Waterstofmoleculen, een artistieke impressie. Afbeelding door Gerd Altmann / Pixabay

Als we in de industrie veel meer waterstof gaan gebruiken, is dat een probleem voor het klimaat.

Vooral de reactie met het hydroxylradicaal (OH) is problematisch: normaliter reageert dit radicaal met het broeikasgas methaan en maakt dit onschadelijk. Zodra de radicaal met waterstof heeft gereageerd, gebeurt dit niet meer en blijven er dus meer broeikasgassen in de atmosfeer achter. De reactie tussen waterstof en het hydroxylradicaal zorgt ook voor meer ozon in de atmosfeer en meer waterdamp in de bovenste delen van de atmosfeer. Alle drie leiden tot opwarming van de aarde. Daarom is het niet wenselijk dat waterstof in de atmosfeer terechtkomt.

“Voor bedrijven is een klein verlies van waterstof in de atmosfeer geen probleem”, legt Scheeren uit. ‘Het is niet gevaarlijk, er bestaat pas explosiegevaar bij een concentratie van zo’n tien procent. Het lek betekent ook geen kosten voor de industrie. Maar als we in de industrie veel meer waterstof gaan gebruiken, worden dit soort lekkages een probleem voor het klimaat.’

Noord-Nederland Hydrogen Valley Europa-campus : de plek in Europa waar groene energie komt (uit windparken op de Noordzee), waar jarenlange ervaring is met gas en waar universiteiten, hogescholen en mbo’s gaan werken aan nieuw onderzoek en de volgende generatie technici opleiden voor de waterstofeconomie van de toekomst. Dit is de laatste aflevering van één. waterstof onderzoeksserie aan de Faculteit Science and Engineering van de Rijksuniversiteit Groningen.