Waterstof kruipt in kiertjes en scheurtjes

Kan waterstof in de toekomst de plaats innemen van aardgas? Los van de vraag of dat voor alle toepassingen de beste keuze is, is de infrastructuur die we nu voor transport en opslag van aardgas gebruiken niet zonder meer bruikbaar voor waterstof. Waterstof is een veel kleiner molecuul dan aardgas en zou dus gemakkelijker kunnen ontsnappen. Maar, erger nog: waterstof, hoe klein het ook is, kan grote materialen aantasten en ze zo breekbaar maken als glas.

FSE Science Newsroom | Tekst Charlotte Vlek | Beeld Leoni von Ristok

Stel, we hebben groen waterstof weten te produceren. Met hoge efficiëntie en voor allerlei toepassingen. Maar wanneer we die waterstof willen gebruiken als ‘groene batterij’ om variabele wind- en zonne-energie in op te slaan, moeten we het wel enige tijd kunnen bewaren.

In de bodem

Voor aardgas is tijdelijke opslag al best gebruikelijk: overschotten in de zomer worden bewaard voor de winter, vaak in de bestaande aardgasvelden of zoutcavernes onder de grond. ‘Dat gebeurt nu bijvoorbeeld in Zuidwending, in Zuid-Oost Groningen,’ vertelt geoloog Johannes Miocic. Miocic onderzoekt of zoiets ook mogelijk is voor waterstof. ‘Maar dat zal zeker niet in de Groningse bodem opgeslagen worden!’ vertelt hij vlug. ‘Dat ligt politiek veel te gevoelig, gezien de aardbevingen door gaswinning hier.’

Wel levert de Groningse bodem Miocic zijn onderzoeksmaterialen, omdat het hier door de gaswinning nu eenmaal makkelijk toegankelijk is. Maar onder heel Nederland, ook onder de zee, is de samenstelling van de bodem vergelijkbaar, wat het denkbaar maakt dat waterstof uiteindelijk offshore opgeslagen zou kunnen worden in een leeg gasveld.

Miocic richt zich op twee belangrijke vragen: hoe zullen gesteentes in de bodem zich houden onder verschillende omstandigheden, en hoeveel lekkage er verwacht kan worden. Daarvoor neemt hij natuurlijke monsters – stukjes Groningse bodem – en onderwerpt ze aan tests in het lab: hij meet de samenstelling en de sterkte van het gesteente en bekijkt hoe dat verandert in de aanwezigheid van waterstof. Door deze informatie in computermodellen in te voeren, kan hij vervolgens voorspellingen doen over eventuele bodemdaling.

Hoe staal verbrost

De onderzoeksmaterialen van materiaalwetenschappers Bart Kooi en Francesco Maresca komen niet uit de grond, maar worden geleverd door de Gasunie. Kooi en Maresca’s doel is te onderzoeken hoe de stalen leidingen die we momenteel voor aardgas gebruiken zich houden wanneer er waterstof doorheen wordt gepompt. Ook daar kan sprake zijn van lekkage. Maar het onderzoek van Kooi en Maresca richt zich primair op een ander verschijnsel: verbrossing.

Het is al zo’n honderdvijftig jaar bekend: metaal breekt in de aanwezigheid van waterstof ineens een stuk makkelijker. ‘Stel je een metalen lepel voor,’ vertelt Maresca. ‘Met waterstof in de buurt gaat die lepel zich ineens gedragen als een breekbaar stuk serviesgoed, dat bij een klap op de grond aan diggelen valt.’

‘Vooral als waterstof niet altijd met dezelfde druk door de stalen leidingen gaat, belast dat het materiaal,’ vertelt Kooi. En dan kan een klein scheurtje al funest zijn. Hoe het precies komt dat waterstof metalen bros maakt, dat is nog niet bekend, maar er zijn wel verschillende theorieën over. Maresca en Kooi gaan die verschillende theorieën onder de loep nemen.

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 aflevering 3 van een reeks over waterstof-onderzoek aan de Faculty of Science and Engineering van de Rijksuniversiteit Groningen.

Lees meer: