5 tips voor een veilige waterstofinstallatie

Waterstof kan worden opgeslagen als gas of als vloeistof. Voor de eerste vorm zijn hogedruktanks nodig (100-1.000 bar of 1.400-14.500 psi), terwijl voor de tweede cryogene temperaturen vereist zijn. In dit artikel richten wij ons op gecomprimeerd waterstofgas.

Om een optimale veiligheid van de waterstofinstallatie te garanderen, is het van cruciaal belang tanks te gebruiken die met de juiste materialen zijn gebouwd.

Voor de opslag van gecomprimeerde waterstof moet, afhankelijk van het volume en de druk, een van de vier types drukvaten worden gebruikt. 

Deze metalen tanks zijn meestal gemaakt van staal of aluminium. Ze zijn bestand tegen een geschatte maximumdruk van 175 bar (aluminium) tot 200 bar (staal). Tanks van type 1 zijn goedkoop om te produceren maar wegen veel omdat ze volledig uit metaal bestaan. Ze worden gebruikt voor de opslag van waterstof in

Deze metalen tanks zijn gemaakt van aluminium, maar hebben gloeidraadwikkelingen rond de metalen cilinder. Ze kunnen bestaan uit glasvezel/aramide of koolstofvezel. Afhankelijk van het materiaal zijn ze bestand tegen een maximale druk van 299 bar. Type II-tanks wegen minder en zijn sterker, maar ook duurder. 

Deze tanks bestaan uit composietmaterialen met een metalen voering en zijn bestand tegen een nog hogere druk. Een aluminium/aramide-tank is bijvoorbeeld bestand tegen een druk tot 438 bar. Een aluminium/koolstofcomposietverbinding daarentegen is zelfs bestand tegen een druk tot 700 bar. Daarom is ze ook duurder. 

Deze tanks bevatten geen metaal. Ze zijn volledig gemaakt van koolstofvezel met een voering van polymeer. Ze zijn bestand tegen een maximale druk van 700 bar, ook al wegen ze minder dan andere types. Het nadeel? Al de koolstofvezel erin maakt ze ook duurder. 

Waterstof heeft een nadelig effect op de mechanische eigenschappen van alle materialen. Het kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat metaal broos wordt. Dat kan op zijn beurt leiden tot een verlies van treksterkte, taaiheid en breuktaaiheid en zelfs sneller vermoeiingsscheuren veroorzaken.

De mate van deze verslechtering hangt af van het materiaal, de druk en temperatuur van de waterstof en de mechanische belasting. Dat betekent ook dat sommige materialen beter zijn dan andere.  

Idealiter zouden de materialen moeten worden getest om er zeker van te zijn dat ze presteren onder de verwachte bedrijfsomstandigheden.

Als dat niet mogelijk is, zijn hier enkele materialen die meestal worden gebruikt: 

• Austenitisch roestvrij staal
• Aluminiumlegeringen
• Ferritisch laaggelegeerd staal
• Ferritisch C-Mn-staal
• Koperlegeringen

De volgende materialen moeten daarentegen worden vermeden: 

• Ferritisch en martensitisch staal met hoge sterkte
• Grijs, kneedbaar en ductiel gietijzer
• Nikkellegeringen
• Titaanlegeringen 

Wat de veiligheid van waterstofinstallaties betreft, is het niet alleen belangrijk het juiste opslagvat te kiezen, maar ook de optimale plaats om het op te stellen. 

Hoewel het mogelijk is kleine waterstofcilinders binnen op te slaan, wordt dat niet aanbevolen voor grotere volumes.

Opslag in de openlucht is over het algemeen veiliger en zelfs vereist voor de opslag van grote hoeveelheden waterstof, aangezien het gas dan gemakkelijk kan wegstromen in geval van accidentele lekkage van waterstof.

Zoals hierboven vermeld, is ventilatie uiterst belangrijk bij het werken met waterstof.
Het zorgt ervoor dat het gas snel verdwijnt en geen potentieel ontvlambaar mengsel kan vormen met de zuurstof in de lucht. 

Omdat waterstof zo licht is, hoopt het bijna zeker op tegen het plafond van een kamer of een ruimte.
Hiermee moet u rekening houden bij het ontwerp van deze voorzieningen.
Dat betekent dat de ventilatie-, detectie- en controlemaatregelen voor hoge ruimten in orde moeten zijn. 

Omdat een waterstoflek nooit kan worden uitgesloten, is het ook belangrijk om vlam- en/of gasdetectoren en, idealiter, een brandbestrijdingssysteem te installeren. 

Wanneer H2 vrijkomt in een luchtomgeving, stijgt het gas onmiddellijk op, en dit met een snelheid van 10 m/s. Het is dus gewoon een must om de H2-concentratie op het hoogste punt van de kamer te detecteren. En ook daar moet u zorgen voor ventilatie: de lucht moet op het hoogste punt uit de kamer worden gezogen. Als u de detector op een lager punt in de kamer plaatst, zal het deel van de kamer boven de detector eerst worden gevuld met een te hoge concentratie waterstof, voordat u het gas detecteert. Hetzelfde geldt voor de ventilatie. Als u van boven lucht aanvoert en op een lager niveau afvoert, kunt u de H2 niet afvoeren. De ventilatiestroom moet van beneden naar boven lopen.

Tijdens een normaal bedrijf moet de ventilatie niet heel fel draaien. Alleen als u bovenin gas detecteert, moet u onmiddellijk een enorme hoeveelheid lucht (gasmengsel) afzuigen. In nieuwe gebouwen voor de bouw van H2-trucks (die ook binnen dat gebouw worden gevuld), kan een gasdetector worden geïnstalleerd in de buurt van het dak (meer dan 10 m hoog). Wanneer er dan gas wordt gedetecteerd, gaat het dak gewoon open. 

Lekken zijn een groot probleem voor alle bewerkingen waarbij waterstof wordt gebruikt, aangezien het vaak om een onzichtbaar element gaat en ze verantwoordelijk zijn voor een groot deel van de incidenten. 

Eén manier om dit te voorkomen is het installeren van lekdetectoren, die regelmatig moeten worden onderhouden en getest. In elk geval moeten routinematig lektests worden uitgevoerd, met inbegrip van operationele controles van de kleppen.  

Twee populaire testmethoden zijn het gebruik van een zeepbeloplossing of een handheld waterstofdetector. Naast de regelmatige tests moeten de exploitanten van de installatie ook controleren op lekken telkens wanneer de verbindingen opnieuw worden gemonteerd. Verder moeten de verbindingen van het systeem worden gecontroleerd op tekenen van corrosie, erosie, scheuren, uitpuilen, blaasvorming of elke andere vorm van slijtage.