Overschakelen op waterstof? Stork helpt!

Bij de verbranding van waterstof wordt in tegenstelling tot fossiele brandstoffen geen CO2 uitgestoten. In theorie komt er uitsluitend warmte en water vrij. Hierdoor raken steeds meer bedrijven geïnteresseerd in de overstap naar deze ‘schone’ brandstof voor de productie van warmte of kracht (elektriciteit). 

De vraag naar waterstof neemt serieuze vormen aan als alternatieve brandstof voor onder meer aardgas. De reden ligt aan de ene kant in het duurzame karakter, aan de andere kant in het feit dat de verwachtingen zijn dat er steeds meer waterstof beschikbaar komt. Dit omdat de productie van waterstof door elektrolyse een uitstekende manier is om een teveel aan opgewekte elektrische energie uit groene bron op te slaan. De hiermee geproduceerde ‘groene waterstof’ is een oprecht duurzame brandstof, waarbij tijdens de productie door elektrolyse verder alleen nog zuurstof vrijkomt.

Verschil tussen waterstof en fossiele brandstoffen

Systemen die zijn ontworpen voor een fossiele brandstof zoals aardgas, kunnen niet zonder aanpassingen ook draaien op waterstof. Daarvoor verschillende de twee gassen teveel van elkaar.

Calorische waarde

Een van de belangrijkste verschillen is de verbrandingswaarde van waterstof die per m³ ongeveer drie tot vier keer lager is dan die van aardgas. Dit betekent dat er driemaal zoveel volume aan waterstof nodig is om dezelfde hoeveelheid warmte te produceren in een bepaalde tijdseenheid. Dit en overige gas eigenschappen, zoals de zeer lage dichtheid van H2 heeft afhankelijk van de aanleveringscondities mogelijk impact op het gastoevoersysteem. Bij verbranding van waterstof, zullen voorts hogere verbrandingstemperaturen optreden, wat effect heeft op de ketel. 

NOx productie

Naast effect op de ketel, leiden hogere temperaturen tot de productie van meer NOx. Dit komt doordat stikstofmoleculen bij hogere temperaturen eenvoudiger worden omgezet naar stikstofoxiden. Omdat de temperaturen bij het verbranden van waterstof tot ca. 200 °C hoger liggen dan bij de verbranding van aardgas, zal er dus meer NOx worden gevormd. Dit probleem ontstaat uiteraard alleen bij verbranding met normale buitenlucht, waarbij stikstof aanwezig is.

Randapparatuur

Bestaande equipment rondom de verbrandingsinstallatie hoeft niet in alle gevallen fors te veranderen. Vaak is bijvoorbeeld gebruik te maken van hetzelfde leidingnetwerk delen en ook de elementen uit de gekoppelde procesinstallatie waarvoor de warmte is bedoeld, kunnen meestal hetzelfde blijven. Een aandachtspunt vormen wel de kleppen en flenzen. Omdat waterstofmoleculen kleiner zijn dan aardgasmoleculen, kunnen ze makkelijker ontsnappen. Dit levert vooral een verlies van brandstof op, maar hoeft niet in alle gevallen tot een gevaarlijke situatie te leiden. Dit komt doordat waterstof veertien keer lichter is dan lucht en hierdoor direct vervliegt wanneer het ontsnapt.

Van ontwerp tot onderhoud 

Bedrijven die de overstap naar waterstof willen maken – of misschien eerst een hybride vorm door de toepassing van een mengsel van aardgas en waterstof – hebben rekening te houden met aanpassingen van de huidige installatie. 

Hiervoor zijn ze bij Stork Thermeq aan het goede adres. Dit Stork bedrijf heeft al jaren ervaring met waterstof verbrandingssystemen. Het gas wordt namelijk al veel langer gebruikt; onder meer in de proces-industrie. De opgebouwde kennis en ervaring geldt zowel voor de engineering en bouw als het onderhoud. In het engineeringproces is onder meer expertise aanwezig over proces berekeningen (brander en ketel), dimensionering en instrumentatie. Verder is ook alle kennis beschikbaar over de impact van de verbrandingsinstallatie op het milieu (emissies, mogelijkheden tot gasreiniging, enzovoorts) en procesoptimalisatie. 

Om waterstofinstallaties bovendien langdurig, efficiënt en veilig te laten draaien, is onderhoud van cruciaal belang. Stork heeft hiervoor in de afgelopen jaren procedures ontwikkeld en hanteert de juiste meet- en inspectieapparatuur om de conditie van de installatie op de juiste punten vast te stellen. Zo is het type corrosie in waterstofinstallaties anders en vereist dus kennis en ervaring om tijdig te worden opgemerkt. Op basis van de bevindingen wordt het benodigde onderhoud uitgevoerd.

Overschakelen op waterstof

Terug naar de overstap. Stork ondersteunt bedrijven hierin door ten eerste de beginsituatie te inventariseren. Hoe ziet de bestaande installatie eruit, hoe wordt de ketel gebruikt en wat is er nodig om de nieuwe installatie te laten voldoen aan de huidige wet- en regelgeving en ‘laatste stand der techniek’. Vooral dit laatste is van belang omdat veel installaties vaak al meer dan tien jaar oud zijn en mogelijkerwijze toe aan een efficiëntie upgrade en/of groot onderhoud. 

Daarbij speelt uiteraard ook het gewenste gebruik een rol. Is dit identiek aan de toepassing waarvoor de ketel initieel ontworpen is of zijn er mogelijk gedurende de tijd veranderingen doorgevoerd? Misschien is het dan nodig om ook op dat vlak aanpassingen te doen. Bovendien is het belangrijk om na te denken over de nabije en verre toekomst. Wanneer gekozen wordt voor een hybride systeem, bestaat dan bovendien de intentie om later over te stappen op volledig waterstof of niet?

Op basis van de uitkomsten van de inventarisatiefase in combinatie met onder meer energieberekeningen, doet Stork een voorstel (of meerdere) voor de ombouw. Daarbij is het ook mogelijk om reverse engineering toe te passen waarbij tot in detail wordt gekeken hoe de huidige installatie functioneert en/of daarin mogelijk verbeteringen zijn door te voeren. Wanneer het voorstel is goedgekeurd, gaat Stork over tot de bouw en tot slot de inbedrijfname. 

Een groot voordeel in dit traject is dat Stork actief is in de volledige lijn; van engineering tot aan het leveren van de benodigde equipment waaronder de branders en de ketels. Juist omdat de kennis en ervaring binnen één bedrijf aanwezig is, zal het eindresultaat niet alleen voldoen aan de technische specificaties, maar ook efficiënt en veilig werken.

Bovendien heeft de eindklant met maar één aanspreekpunt te maken voor de volledige installatie. Een aanspreekpunt dat de installatie tot in detail kent en hierdoor snel en adequaat kan reageren wanneer de situatie daarom vraagt.