Onderzoek Kiwa en Alliander: De lagere ontbrandbaarheidsgrens van waterstof
De Nederlandse energieleverancier Alliander vroeg Kiwa om de verbranding van waterstof bij lage concentraties te onderzoeken en te visualiseren. Kiwa ontwikkelde hiervoor een speciale testopstelling: een box met verschillende ontstekingsmogelijkheden die gevuld kan worden met een mengsel van waterstof en lucht. Een speciale opnametechniek geeft in slow motion de ontsteking weer als een schaduwpatroon. In onderstaande video is goed zichtbaar dat bij lage concentraties het risico op ontbranding van waterstof lager is vergeleken met aardgas.
Samenvatting IGRC 2024 paper: The Lower Flammability Limit of Hydrogen
- Bart Vogelzang, Senior Consultant bij Liander
- Elbert Huijzer, sr. Strategist bij Liander
- Sjoerd Delnooz, Manager bij Kiwa Technology
Tijdens International Gas Research Conference, van 13 tot en met 16 mei 2024 in het Canadese Banff, presenteerden Bart Vogelzang en Elbert Huijzer van Alliander en Kiwa’s Sjoerd Delnooz een paper over de lagere ontbrandbaarheidsgrens van waterstof. Lees hieronder de samenvatting van dit paper of download het complete paper.
De distributie van pure waterstof via het bestaande aardgasnetwerk is een van de opties om de industrie van energie te voorzien en een verwarmingsbron te bieden voor de gebouwde omgeving. Alliander demonstreert dit met zijn project in Lochem, waar twaalf huizen volledig met waterstof worden verwarmd. Waterstof wordt echter beschouwd als een zeer brandbaar en explosief gas. In de meeste literatuur wordt geen onderscheid gemaakt tussen de ontbrandingsgrenzen en de explosiegrenzen, wat leidt tot het algemene begrip dat waterstof/lucht-mengsels van 4% en hoger explosief zijn. Bovendien wordt de benodigde ontstekingsenergie algemeen beschouwd als extreem laag.
In 1952 publiceerde het Amerikaanse Bureau of Mines het artikel 'Grenzen van ontvlambaarheid van gassen en dampen'. Dit onderzoek toont aan dat waterstof in een mengsel tussen 4% en 6% alleen moleculen ontsteekt die direct boven het brandende molecuul liggen. Tussen 6% en 9% zullen ook de naburige moleculen worden ontstoken en pas boven 9% waterstof in lucht zal de vlam zich in alle richtingen verspreiden. Helaas is deze kennis niet algemeen geworden en veel literatuur stelt dat een waterstof/lucht-mengsel van 4% kan exploderen.
Kiwa ontwikkelde een speciale testopstelling om het bovenstaande onderzoek te visualiseren. Dit resulteerde in high speed video's van de ontsteking van zowel waterstof als aardgas bij verschillende concentraties. Deze video's tonen aan dat bij lage concentraties de kans op ontbranding van waterstof lager is vergeleken met aardgas. In de praktijk bleek het in deze testopstelling zelfs niet mogelijk om waterstof te ontsteken bij concentraties tot 6%. Dit kan bijzonder relevant zijn voor de veiligheid van servicemonteurs en brandweerlieden.
Momenteel worden de explosiegrenzen (LEL/UEL) van brandbare gassen als waterstof bepaald door het loslaten en omhoog bewegen van de vlam of de vorming van een halo in een reageerbuis. Dit kan ook worden waargenomen bij de lagere percentages zoals hierboven beschreven. Het is van grote invloed op een risicobeoordeling of een mengsel alleen zal branden (omhoog, opzij of omlaag) of de hoeveelheid verbrandingsgassen zal produceren die kunnen leiden tot een explosie met schade.
Alliander en Kiwa dringen er bij de internationale onderzoeks- en standaardisatiegemeenschap op aan onderzoek te doen naar de verschillende praktische implicaties van brandbare en explosieve situaties. Op die manier kan een stevige basis worden gelegd om het praktische resultaat in standaardisatie te weerspiegelen. Ook moet worden onderzocht of er meer passende LEL/UEL-definities kunnen worden vastgesteld dan momenteel gegeven in EN 1839:2017, waarin ontvlambaarheid en explosie als hetzelfde worden beschouwd. Dit kan een nieuwe stap zijn naar een toekomst waarin waterstof deel uitmaakt van het publieke energiesysteem.
Download het volledige International Gas Research Conference (IGRSC) 2024 paper ‘The Lower Flammability Limit of Hydrogen’ (in het Engels) van Alliander and Kiwa.
Aan de slag met waterstof
Bent u als bedrijf klaar om de CO₂-uitstoot te verminderen en bij te dragen aan de klimaatdoelstellingen? Met onze Decarbonisatiescan krijgt u inzicht in de kansen om uw energieverbruik efficiënter te maken en de overstap naar duurzame energiebronnen te maken.