Waterstofmengsels

Waterstofmengsels zijn gasmengsels waarin waterstof (H2) aanwezig is als een significante component, samen met andere gasvormige stoffen zoals zuurstof, stikstof, methaan of kooldioxide. Ze ontstaan in tal van industriële processen en kunnen voorkomen in atmosferische mengsels of in speciale energietoepassingen. De term wordt gebruikt voor mengsels die betrekking hebben op verbranding onder laboratoriumcondities, maar ook voor mengsels die in toekomstige energie-infrastructuren worden toegepast, zoals het toevoegen van waterstof aan aardgasnetwerken of waterstof-gedreven brandstofcel-systemen.

Eigenschappen en metingen: De verbrandings- en chemische eigenschappen van waterstofmengsels hangen af van de precieze samenstelling. Waterstof heeft een brede ontploffingslimiet in lucht (ongeveer 4 tot 75 vol%), een hoge diffusiviteit en snelle verbrandingsreacties. Mengsels worden doorgaans uitgedrukt in volumepercentages (v/v) of molpercentages. De aanwezigheid van waterstof kan de verbrandingssnelheid en de drukrespons van een systeem aanzienlijk beïnvloeden.

Productie en bronnen: Waterstofmengsels ontstaan bij Diverse processen zoals reforming, elektrolyse en menging van waterstof met aardgas (blending) of biogas. In energietoepassingen wordt waterstof soms toegevoegd aan aardgas om CO2-uitstoot te verlagen, terwijl in industriële processen waterstof samenstroomt met koolstofmonoxide en CO2 in syngas.

Toepassingen en regelgeving: Voorbeelden zijn waterstofrijke mengsels in brandstofcellen en verbrandingsmotoren, en gemengde aardgas-waterstofnetwerken. De maximale toegestane waterstofconcentratie varieert per land en hangt af van leidingsmateriaal, afsluiters en veiligheidsnormen. In verschillende pilots zijn tot ongeveer 20% waterstof in aardgasnetwerken getest. Codes en standaarden behandelen lekkages, detectie en materialenbestendigheid tegen waterstof.

Veiligheid en milieuoverwegingen: Waterstofmengsels vereisen aandacht voor lekpreventie en ventilatie, omdat waterstof klein molecuul is en gemakkelijk kan ontsnappen. Verbranding levert hoofdzakelijk water en warmte op; bij onvolledige verbranding kunnen emissies ontstaan. Embrittlement van metalen kan een rol spelen bij hoge concentraties in leidingen en componenten.