Waterstof in het gasnet en biomethaan: mengen, limieten en gevolgen voor afnemers

Het toevoegen van waterstof aan het gasnet (blending) wordt overwogen als een manier om overschotten aan hernieuwbare energie te benutten, maar heeft een beperkt klimaat- en technisch effect. Waterstof bevat per kubieke meter ongeveer driemaal minder energie dan methaan (ca. 3 kWh/m³ tegenover ca. 10 kWh/m³), waardoor een mengsel met 20% waterstof in volume een ongeveer 14% lagere energiedichtheid heeft en de energie uit waterstof slechts ongeveer 7% van het totaal uitmaakt. De reductie van CO₂-uitstoot bedraagt daarom slechts enkele procenten, terwijl de gevolgen voor apparatuur en metingen aanzienlijk kunnen zijn. Biomethaan is in dit opzicht eenvoudiger, omdat het eigenschappen heeft die vergelijkbaar zijn met aardgas en geen aanpassingen aan de infrastructuur vereist.

Berekening voor 20% H₂ (in volume)

Aannames: netgas ≈ zuiver methaan met een bovenwaarde van 9,97 kWh/m³, waterstof met 3,0 kWh/m³.

• Energie van het mengsel: 0,8 × 9,97 + 0,2 × 3,0 = 7,98 + 0,60 = 8,58 kWh/m³ (afname van ca. 14%).
• Aandeel energie uit waterstof: 0,60/8,58 ≈ 7%.
• Om dezelfde hoeveelheid energie te leveren, moet er ongeveer 16% meer volume worden getransporteerd (9,97/8,58 ≈ 1,16).
• Reductie van CO₂-uitstoot bij verbranding: ca. 7% (uitgaande van het feit dat waterstof bij verbranding geen CO₂ uitstoot).

Voor 10% waterstof in volume bedraagt het energieaandeel ongeveer 3,5%. Dit wijst op een beperkt klimaatvoordeel ten opzichte van de omvang van de veranderingen.

Technische consequenties

1. Wobbe-index en calorische waarde. De verbrandingsparameters veranderen; huishoudelijke en industriële apparaten die ontworpen zijn voor aardgas, kunnen aanpassingen vereisen.
2. Verrekeningsmetingen. Gasmeters en chromatografen moeten worden aangepast aan de nieuwe samenstelling; verschillen in calorische waarde bemoeilijken de verrekening.
3. Materialen. Waterstof kan waterstofbrosheid veroorzaken in sommige staalsoorten, vooral in hogedruknetwerken; limieten zijn afhankelijk van het materiaal, de druk en de leeftijd van de infrastructuur.
4. Gasopslag en compressoren. De bedrijfsparameters veranderen; waterstof vereist andere afdichtingen.
5. Industrie. Sommige processen (bijv. glasproductie, chemie) zijn gevoelig voor de gassamenstelling.
6. CNG-voertuigen. Motoren en cilinders hebben beperkingen wat betreft het waterstofgehalte, vaak zeer laag.

Onderzoek en demonstratieprojecten in verschillende landen (o.a. in het Verenigd Koninkrijk, waar mengsels tot 20% H₂ in afgescheiden netwerken zijn getest) tonen aan dat hogere aandelen lokaal mogelijk zijn na voorbereiding van de apparatuur, maar deze oplossingen zijn niet eenvoudig op te schalen naar hele netwerken.

Regelgeving

In 2024 heeft de EU een pakket aangenomen met betrekking tot de markt voor hernieuwbare gassen, aardgas en waterstof (o.a. richtlijn (EU) 2024/1788 en verordening (EU) 2024/1789), dat de toegang tot het net, de planning van waterstofinfrastructuur en de behandeling van hernieuwbare gassen regelt. Kwesties zoals het toelaatbare aandeel waterstof in het net en de normen voor de gaskwaliteit blijven onderwerp van normalisatiewerkzaamheden en afstemming tussen netbeheerders. In Nederland stellen de netbeheerders de limieten en eisen vast op basis van regelgeving en normen; de exacte waarden moeten bij de netbeheerder worden geverifieerd.

Biomethaan als alternatief

Biomethaan verandert de eigenschappen van het gas in het net niet, waardoor het geen aanpassingen of wijzigingen aan apparatuur vereist, terwijl het tegelijkertijd de koolstofvoetafdruk van het gas verlaagt. Ter vergelijking: om een emissiereductie van 7% te bereiken, volstaat het dat biomethaan met een lage koolstofvoetafdruk 7–8% van de energie in het net uitmaakt, zonder enige aanpassingen aan de afname. Waterstof heeft daarentegen toepassingen waarin biomethaan niet volstaat (bijv. chemische processen), maar het invoeden ervan in het hele net is een beperkte oplossing.

Voorbeeld: energiekosten bij mengen

Een elektrolyser met een vermogen van 5 MW die 4000 uur per jaar draait, produceert ongeveer 385 ton H₂ (20 000 MWh/52 kWh/kg), oftewel ongeveer 4,3 miljoen m³ H₂ (385 000 kg/0,0899 kg/m³). In een net met een jaarlijkse doorstroming van 100 miljoen m³ gas vormt het invoeden van 4,3 miljoen m³ waterstof slechts ongeveer 4% van het volume en ongeveer 1,3% van de energie. De berekening laat zien dat zelfs een grote installatie een beperkte invloed heeft op de samenstelling van het hele net, maar bijna dezelfde meetkundige aanpassingen vereist.

Conclusies

1. Het mengen van waterstof met gas in het net is een aanvullende oplossing, geen hoofdoplossing.
2. Waterstof kan het best worden ingezet voor toepassingen waarin het de grootste waarde biedt.
3. Biomethaan is direct compatibel met de bestaande infrastructuur.
4. Elke beslissing om waterstof in het net toe te laten, vereist een analyse van materialen, afnemersapparatuur en metingen.

Wat met gevoelige afnemers

Sommige afnemers, zoals producenten van glas of keramiek, CNG-tankstations en bedrijven die gas als grondstof gebruiken, zijn bijzonder gevoelig voor veranderingen in de gassamenstelling. Voor hen is het toelaatbare waterstofaandeel vaak zeer laag, en zou lokale invoeding aparte netwerken of stroomscheiding vereisen. Daarom worden plannen voor het mengen van waterstof meestal aangevuld met plannen voor de bouw van een speciale waterstofinfrastructuur voor de grootste afnemers.

Samenvatting

Waterstof in het gasnet is een technische en economische optie met een beperkte klimaatimpact, terwijl biomethaan een vergelijkbaar voordeel biedt zonder aanpassingen aan de infrastructuur.