Waterstof is een indirect broeikasgas: door reacties met andere verbindingen in de atmosfeer kan het op meerdere manieren bijdragen aan de opwarming van de aarde. Daarom meten onderzoekers in de groep van hoogleraar Isotopenfysica Harro Meijer van de Rijksuniversiteit Groningen waterstoflekkages bij chemiepark Delfzijl.
Met op de achterbank een soort opgerolde tuinslang in een kastje rijden promovenda Iris Westra en onderzoeker en labcoördinator Bert Scheeren naar chemiepark Delfzijl, om daar de concentratie waterstof in kaart te brengen. Op het chemiepark zitten verschillende bedrijven die werken met waterstof, waaronder een chloorfabriek en een waterstoftankstation.
Westra en Scheeren verzamelen luchtmonsters in Delfzijl
Het kastje op de achterbank, de active AirCore, neemt kleine monsters lucht tijdens de rit, en bewaart die op volgorde in de opgerolde buis van zo’n driehonderd meter lang. Ook de locatiegegevens zijn opgeslagen, zodat Westra en Scheeren bij thuiskomst in het lab de monsters heel precies per locatie kunnen onderzoeken met een gaschromatograaf, een apparaat dat identificeert welke stoffen in het luchtmonster aanwezig zijn.
Die gaschromatograaf zelf is veel te groot om mee te nemen, en doet bovendien te lang over de analyse: zo’n zeven minuten per locatie. ‘Maar met behulp van onze active AirCore kunnen we toch, zij het indirect, mobiele metingen doen’, vertelt Meijer. ‘We hangen het ding zelfs aan een drone, daarvoor hebben we hier ook een gecertificeerd drone-piloot.’
Westra met de AirCore op de achterbank
Luchtmonsters verzamelen met een drone
Terug in het lab. Met de AirCore open is de opgerolde buis goed te zien
Van passive naar active AirCore
Op basis van de metingen maken Westra en Scheeren modellen van waterstoflekkages en hoe zich dat verspreidt door de atmosfeer. ‘Chemiepark Delfzijl is wat dat betreft ideaal,’ vertellen de onderzoekers, ‘het is een soort eilandje in een omgeving waar verder geen waterstofemissies zijn.’ Daarom zijn gemeten lekkages vrij eenvoudig te herleiden tot hun bron: het chemiepark.
De waterstofconcentratie is benedenwinds van het chemiepark (in rood, op twee verschillende dagen) is beduidend hoger dan bovenwinds (in blauw). Dat geldt ook voor de concentraties aan de grond. Beeld: Iris Westra
Het gaat de onderzoekers trouwens niet om dat chemiepark zelf, maar om het aantonen dat hun meetmethode werkt. En dat doet het, vertelt Westra: ‘We hebben laten zien dat we op deze manier waterstofconcentraties in kaart kunnen brengen. En met precieze informatie over de dagelijkse productie van de industrie kunnen we dan berekenen hoeveel procent er weglekt. Alleen hebben we die complete informatie niet.’
Wat wel overduidelijk is: rondom de fabrieken en het waterstoftankstation lekt veel waterstof de atmosfeer in. Westra en Scheeren zien bijvoorbeeld duidelijk een verschil tussen bovenwinds en benedenwinds van het chemiepark. Ook meten ze een verhoogde concentratie waterstof aan de grond. ‘Terwijl er altijd wordt gezegd: waterstof is zo licht, dat vervliegt meteen,’ vertelt Westra. ‘Maar dat is dus niet zo.’ Het is overigens niet zoveel dat het tot bijvoorbeeld explosiegevaar leidt, want dat monitort de industrie zelf nauwkeurig.
Pure waterstof in de atmosfeer is slecht nieuws, leggen de onderzoekers uit. Waterstof is op zich een schone brandstof, wanneer die in een gecontroleerde toepassing reageert met zuurstof met als eindproduct waterdamp. Het probleem zit ‘m in de lekkage van pure waterstof, dat vervolgens ongecontroleerd gaat reageren met andere verbindingen die in de atmosfeer aanwezig zijn.
Waterstofmoleculen, een artist impression. Afbeelding van Gerd Altmann / Pixabay
Als we flink meer waterstof gaan gebruiken in de industrie levert dat wel een probleem op voor het klimaat.
Vooral de reactie met het hydroxylradicaal (OH) is problematisch: dit radicaal reageert normaal gesproken met broeikasgas methaan en maak dat onschadelijk. Als het radicaal met waterstof heeft gereageerd gebeurt dat niet meer en blijft er dus meer broeikasgas over in de atmosfeer. De reactie tussen waterstof en hydroxylradicaal zorgt daarnaast óók voor meer ozon in de atmosfeer, én voor meer waterdamp hoog in de atmosfeer. Alle drie leiden ze tot opwarming van de aarde. Het is dus niet wenselijk dat er waterstof de atmosfeer in lekt.
‘Voor bedrijven is een klein verlies van waterstof in de atmosfeer geen probleem,’ legt Scheeren uit. ‘Het is niet onveilig, er is pas bij een concentratie van ongeveer tien procent sprake van explosiegevaar. De lekkage is ook geen kostenpost voor de industrie. Maar als we flink meer waterstof gaan gebruiken in de industrie levert dit soort lekkages wel een probleem op voor het klimaat.’
Noord-Nederland is Hydrogen Valley Campus Europe : dé plek in Europa waar groene energie aan land komt (van windmolenparken op de Noordzee), waar jarenlange ervaring is met gas, en waar universiteiten en hogescholen en MBO’s de komende tijd gaan werken aan nieuw onderzoek én het opleiden van de volgende generatie technici voor de waterstofeconomie van de toekomst. Dit is de laatste aflevering in een reeks over waterstof-onderzoek aan de Faculty of Science and Engineering van de Rijksuniversiteit Groningen.
