Waterstofbijmenging: waterstof door het gasnet
Stel je voor dat je auto op benzine rijdt, maar dat er standaard een scheutje bio-ethanol doorheen zit: dat heet E10 en de meeste automobilisten merken er niets van. Waterstofbijmenging werkt volgens hetzelfde principe, maar dan met het gasnet dat aardgas naar huizen en bedrijven brengt. In plaats van alleen aardgas door de buizen te sturen, mengt men er een percentage waterstofgas doorheen, zodat een deel van het aardgas wordt vervangen door een gas dat bij verbranding geen CO2 uitstoot.
Het idee is aantrekkelijk omdat het bestaande gasnet — honderdduizenden kilometers aan buizen die al onder onze straten liggen — grotendeels hergebruikt kan worden. In plaats van dat hele net te vervangen door iets nieuws, probeert men de bestaande infrastructuur geschikt te maken voor een schonere energiedrager. Toch is het geen simpele kwestie van 'een beetje waterstof erbij doen': waterstof gedraagt zich chemisch en fysisch anders dan aardgas, en dat brengt technische grenzen en discussie met zich mee.
Wat is het precies?
Aardgas bestaat grotendeels uit methaan, een molecuul dat relatief stabiel is en waarvoor cv-ketels, fornuizen en industriële branders al decennia zijn ontworpen. Waterstof (H2) is een veel kleiner en lichter molecuul. Bij bijmenging wordt waterstof, meestal geproduceerd met behulp van elektriciteit uit wind of zon (zogeheten groene waterstof), in een bepaald volumepercentage toegevoegd aan de gasstroom in een leiding.
Een belangrijk begrip hierbij is de Wobbe-index: een maat die aangeeft hoeveel energie vrijkomt bij verbranding van een gasmengsel en hoe een brander daarop reageert. Omdat waterstof per volume-eenheid ongeveer drie keer minder energie bevat dan aardgas, verandert de Wobbe-index zodra je waterstof bijmengt. Ketels en branders zijn gekalibreerd voor een bepaalde bandbreedte van deze index; bij te veel afwijking kan de vlam onstabiel worden of kan een toestel minder efficiënt of zelfs onveilig werken.
Een tweede technisch aandachtspunt is waterstofverbrossing (hydrogen embrittlement): waterstofmoleculen zijn zo klein dat ze in bepaalde metalen kunnen dringen en het materiaal op termijn brozer kunnen maken. Dit speelt vooral bij oudere stalen transportleidingen die onder hoge druk staan. De kunststof (PE, polyetheen) leidingen die in Nederland en het Verenigd Koninkrijk de laatste decennia veel zijn gebruikt voor de 'laatste meters' naar huizen, zijn voor waterstof veel minder gevoelig dan oud gietijzer of staal.
In de praktijk noemen ingenieurs en netbeheerders vaak een bandbreedte van ruwweg 2 tot 20 volumeprocent waterstof als technisch haalbaar zonder dat leidingen of de meeste huishoudelijke toestellen vervangen hoeven te worden — al verschilt dit per land, per netonderdeel en per type toestel, en is dit onderwerp van voortdurend onderzoek.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is CO2-reductie zonder dat de hele gasinfrastructuur op de schop hoeft. Aardgas is een fossiele brandstof; verbranding ervan stoot broeikasgas uit. Waterstof die met hernieuwbare elektriciteit is gemaakt, stoot bij verbranding alleen waterdamp uit. Door een percentage van het aardgas te vervangen door zulke groene waterstof, daalt in theorie de CO2-uitstoot van verwarming en industriële processen naar rato.
Bijmenging wordt ook gezien als een manier om vraag naar waterstof te creëren in een vroeg stadium van de energietransitie, terwijl de productiecapaciteit van groene waterstof nog beperkt en duur is. Zo kan de gasinfrastructuur relevant blijven in een toekomst met minder fossiel gas, in plaats van dat leidingen 'gestrand' raken — een investering die overbodig wordt voordat hij is terugverdiend.
Tegelijk is bijmenging omstreden binnen de energiesector zelf. Critici wijzen erop dat groene waterstof schaars en kostbaar is, en dat het verdunnen ervan in het gasnet voor huishoudelijke verwarming een relatief inefficiënt gebruik is vergeleken met het inzetten van diezelfde waterstof in zware industrie, staalproductie of als grondstof voor de chemie, waar alternatieven voor CO2-reductie schaarser zijn. Bijmenging levert bovendien maar een beperkte CO2-winst op zolang het percentage laag is, terwijl het wel extra kosten en techniek vergt.
Voorbeelden uit de praktijk
Wereldwijd zijn er de afgelopen twee decennia diverse proeven gedaan met waterstofbijmenging in bestaande gasnetten:
- Ameland, Nederland (vanaf 2007): een van de vroegste Europese demonstratieprojecten, opgezet door onder meer Gasunie en GasTerra, waarbij op kleine schaal in een lokaal net waterstof werd bijgemengd om ervaring op te doen met veiligheid en toestelgedrag.
- HyDeploy, Keele University, Verenigd Koninkrijk (2019-2021): hier werd voor het eerst in de UK op grotere schaal waterstof bijgemengd (tot ongeveer 20 volumeprocent) in een besloten gasnet dat woningen en gebouwen op de universiteitscampus bediende, zonder dat bewoners hun toestellen hoefden aan te passen.
- HyDeploy, Winlaton (Gateshead), Verenigd Koninkrijk (2021-2023): een vervolgproef, dit keer voor het eerst op het publieke gasnet, waarbij honderden huishoudens gas met waterstofbijmenging kregen geleverd als onderdeel van een gecontroleerd onderzoek naar veiligheid en acceptatie.
- GRHYD, Duinkerken, Frankrijk (2018-2022): een project van energiebedrijf Engie waarbij in een nieuwbouwwijk geleidelijk werd opgeschaald naar een bijmenging van circa 20 procent waterstof, met als doel praktijkervaring op te doen met techniek en regelgeving.
- Diverse Duitse regionale proeven: Duitse netbeheerders en het brancheorgaan DVGW hebben in verschillende regio's kleinschalige bijmengproeven en materiaaltests uitgevoerd, mede om de nationale technische normen voor gaskwaliteit te actualiseren.
Het is eerlijk om te vermelden dat veel van deze proeven bewust kleinschalig en tijdelijk zijn: ze zijn primair bedoeld om kennis op te doen over veiligheid, materiaalgedrag en acceptatie door gebruikers, niet om al op grote schaal CO2 te besparen.
Hoe ver is de techniek?
Technisch gezien is bijmenging tot enkele tientallen procenten in lokale distributienetten met kunststof leidingen goed onderzocht en in proefprojecten aangetoond als werkbaar. Het knelpunt zit vooral in twee andere lagen van het systeem. Ten eerste de transportnetten: de grote, hogedruk stalen leidingen die gas over lange afstanden vervoeren, zijn gevoeliger voor waterstofverbrossing en vragen om aanvullend onderzoek en mogelijk aanpassingen voordat hogere percentages daar veilig kunnen worden toegepast. Ten tweede de diversiteit aan eindgebruikers: van oude cv-ketels tot industriële ovens die nauwkeurig zijn afgestemd op een vaste gassamenstelling — niet elk toestel verdraagt dezelfde bandbreedte, wat opschalen naar miljoenen aansluitingen complex maakt.
Op Europees niveau is inmiddels regelgeving vastgesteld die relevant is voor grensoverschrijdend transport van gas: binnen het EU-wetgevingspakket voor waterstof en gedecarboniseerde gassen is een verplicht acceptatieniveau van 5 volumeprocent waterstof aan grensoverschrijdende knooppunten afgesproken, met de mogelijkheid voor buurlanden om onderling hogere percentages af te spreken. Dat percentage ligt dus aanzienlijk lager dan de 20 procent die in sommige lokale proefprojecten al is gehaald — een teken dat regelgevers voorzichtiger zijn dan sommige praktijkproeven suggereren dat technisch mogelijk is.
In Nederland ligt de beleidsnadruk de laatste jaren minder op bijmenging in het bestaande net voor huishoudens, en meer op de aanleg van een apart, landelijk waterstofnetwerk (vaak de 'waterstof-backbone' genoemd) dat vooral bedoeld is om pure waterstof naar industriële grootverbruikers te transporteren. De gedachte daarachter is dat schaarse groene waterstof daar het meeste klimaatrendement oplevert. Bijmenging in het net voor huishoudelijke verwarming wordt in Nederland vooral gezien als iets voor de kortere termijn of specifieke situaties, niet als hoofdstrategie voor de verwarming van woningen op de lange termijn — mede omdat warmtepompen en warmtenetten daar als kansrijker worden beschouwd.
Wie werken eraan?
In Nederland zijn Gasunie (beheerder van het landelijke gastransportnet) en de regionale netbeheerders, verenigd in Netbeheer Nederland, nauw betrokken bij onderzoek naar gaskwaliteit en waterstof. Kennisinstituten als TNO en certificerings- en testorganisatie Kiwa dragen bij aan technisch onderzoek naar materialen en toestellen, terwijl DNV internationaal een belangrijke rol speelt in veiligheidsonderzoek naar waterstof in gasnetten.
In het Verenigd Koninkrijk trekken netbeheerders als Cadent en Northern Gas Networks, samen met de veiligheidsautoriteit HSE, het HyDeploy-onderzoek. In Frankrijk is energiebedrijf Engie via GRTgaz en lokale partners actief geweest met het GRHYD-project. In Duitsland coördineert brancheorganisatie DVGW veel van het technische normeringswerk rond gaskwaliteit en waterstof. Op Europees niveau bepalen de Europese Commissie en de energieregulators, verenigd in ACER, de kaders via de gas- en waterstofwetgeving, terwijl het Internationaal Energieagentschap (IEA) wereldwijd overzichten en beleidsanalyses publiceert over de rol van waterstof in de energietransitie.