Nieuws

Artikel: Waterstof als brandstof voor verwarmingsketels

Waterstof kan als schone energiedrager een revolutie betekenen voor de verwarmingssector. De eerste experimenten lopen al en ook ebm-papst werkt aan aangepaste gas-luchtsystemen voor deze klimaat-neutrale brandstof.

Afb.1: de NRV 118: klaar voor H2

"Water is de steenkool van de toekomst. De energie van morgen is water, dat gesplitst werd door elektrische stroom. Deze gesplitste elementen van water, waterstof en zuurstof, zullen voor ontelbare jaren de energievoorziening van de wereld uitmaken.". Ongeveer 150 jaar nadat de Franse schrijver Jules Verne deze regels neerpende, is zijn visie nog lang geen werkelijkheid. Maar door de uitdagingen van de klimaatverandering en de zoektocht naar nieuwe energiebronnen staat waterstof als energiedrager steeds meer in de belangstelling, zowel in de politiek, wetenschap als industrie. Het voordeel ervan ligt voor de hand: bij de verbranding ontstaat geen schadelijk CO2, maar alleen water.

Het nadeel: waterstof komt op aarde zo goed als uitsluitend alleen in gebonden vorm voor. Om het te produceren, is er veel energie nodig. Zoals Jules Verne reeds aangaf, kan men dit element door middel van elektrolyse produceren. Bij dit proces wordt water door middel van elektriciteit gesplitst in zijn bestanddelen: waterstof en zuurstof. Deze brandstof is dus alleen klimaatneutraal, als de elektriciteit op basis van hernieuwbare bronnen wordt opgewekt. Hier speelt hernieuwbare energie een rol. Naarmate de capaciteit aan hernieuwbare energie groeit, wordt het steeds belangrijker om het overschot aan energie, dat niet meteen in het net kan worden geïnjecteerd, voor langere periodes op te slaan. Wind en zon laten zich immers niet sturen door de energiebehoefte. In de zogenaamde Power to Gas installaties kan men deze groene stroom gebruiken om bijvoorbeeld waterstof te produceren. Omdat gezinnen een groot aandeel hebben in de totale CO2-uitstoot, kan het gebruik van waterstof in verwarming een essentiële bijdrage leveren in de strijd tegen klimaatverandering. De productie is nog erg duur, maar de verwarmingsindustrie staat al in de startblokken.

Uitdagingen voor constructeurs
Verschillende fabrikanten zijn bezig om hun CV-ketel om te bouwen voor deze schone brandstof. Het doel is om dit te bereiken met zo weinig mogelijk technische aanpassingen. Het goede nieuws is dat het fundamentele werkingsprincipe behouden kan blijven. Omwille van de eigenschappen van waterstof moet men echter vooral met de volgende aspecten rekening houden: lekdichtheid, compatibiliteit van materialen en vooral het verbrandingsgedrag.

Wat lekdichtheid betreft: waterstof is het lichtste van alle chemische elementen, en heeft de laagste dichtheid. Het heeft een hogere permeabiliteit dan aardgas en zal dus gemakkelijker dan aardgas door elastomeren en kunststoffen dringen en door de wat kleinere dynamische viscositeit is het lekgevoeliger dan aardgas. De afdichting van de componenten in de CV-ketel moet dus aangepast worden en gecontroleerd worden met specifieke testmethodes. Verder moet men ook nagaan of er compatibiliteitsproblemen met de materialen zijn.

Het verbrandingsgedrag vereist bijzondere aandacht. De vlamsnelheid is bijvoorbeeld acht keer hoger dan bij methaan. De fabrikanten kunnen dus niet met de huidige branders werken, het drukverlies stijgt en de ventilatoren moeten geoptimaliseerd worden. Men moet er vooral voor zorgen dat de ontsteking niet te laat gebeurt. Waterstof is namelijk erg reactief en ontbrandt aanzienlijk gemakkelijker dan methaan. De branderautomaat moet dus met kortere ontstekingstijden werken. Een ander probleem is dat de verbrandingscontrole en vlambewaking niet kan gebeuren met de gangbare methoden van vlamdetectie door ionisatie. De ketelfabrikanten moeten dus nieuwe sensoren en thermo-elementen testen

Bovendien is er nog een cruciaal punt: hoewel waterstof een lagere verbrandingswaarde heeft dan aardgas, is de Wobbe-index ongeveer dezelfde, wat een belangrijke parameter is in de overschakeling tussen de brandstoffen. Om een optimale vermenging in de venturi te realiseren, moet de regeling van het gas-lucht mengsel aangepast worden. De combinatie van gasventilator, venturi en gasventiel wordt dus heel belangrijk.

NRV 118 klaar voor H2
De NRV 118 ventilator (afb.1) van ebm-papst kan al zonder aanpassingen toegepast worden voor gas met een waterstofgehalte tot 10%. De ingenieurs van de ebm-papst vestiging in Landshut hebben de bekende NRV 118-systeemcombinatie in verschillende onderzoeken en enkele veldtests gecontroleerd op een goede werking met waterstof. Het resultaat: mits enkele aanpassingen is het systeem voor 100% waterstof geschikt . De modificaties betreffen met name een verbeterde afdichting van de het gasventiel en de ventilator. Ook werd nagegaan of de gebruikte kunststoffen en metalen geschikt zijn voor 100% waterstof.

Nog een pluspunt: door het specifieke voormengsysteem is de NRV 118 bijzonder goed geschikt voor gebruik met waterstof. De pre- -mix ventilator compenseert de lagere wobbe-index en verbrandingswaarde van waterstof. Gecompliceerde stuurleidingen zijn niet nodig. Bovendien is het modulatiebereik erg hoog, omdat het gasventiel precies te sturen is door de onderdruk. De conclusie is dan ook dat fabrikanten zonder zorgen kunnen rekenen op de NRV 118 Hydrogen voor 100% waterstof. Het zal nog even duren vooraleer deze groene brandstof overal kan worden ingezet voor verwarming. Als de ontwikkelingen in wetenschap, politiek en industrie echter zo doorgaan, zal de visie van Jules Verne in de niet al te verre toekomst tot realiteit worden.