Bewezen oplossingen uit de automatisering
Als energiedrager heeft waterstof wereldwijd een groot potentieel. Er zijn echter risico’s verbonden aan de productie, de hantering en het gebruik van waterstof, aangezien het gas licht ontvlambaar, kleurloos en reukloos is. Om de mens en het milieu te beschermen, moet bij het werken met waterstof de functionele veiligheid gegarandeerd zijn. Beproefde en beschikbare veiligheidsprincipes uit de automatisering vervullen belangrijke taken in de hele waterstofindustrie. Ze dragen ertoe bij dat waterstof niet alleen schoon, maar ook safe en secure is.
Waterstof biedt kansen maar levert ook risico’s op. Het is licht ontvlambaar en zeer explosief, zelfs als slechts kleine hoeveelheden worden gemengd met lucht: ontbranding is al mogelijk bij een waterstofgehalte van slechts vier procent in de lucht. Lucht en waterstof mogen daarom niet ongecontroleerd gemengd worde. Passende veiligheidssystemen voor waterstof zijn dus vereist.
Welke veiligheidssystemen
Gasdichtheid, robuustheid van afsluiters en drukbestendigheid en dichtheid van leidingen, sensoren en kleppen zijn in de waterstofindustrie van groot belang. Daarom worden veiligheidstaken vaak gerealiseerd in de vorm van speciale materiaaleigenschappen en mechanische systemen.
Waterstof kan vloeibaar worden gemaakt door het af te koelen tot – 253 graden Celsius. Dit maakt het gemakkelijker om het met minder ruimtebeslag in waterstoftanks te vervoeren. Als waterstof in deze zogenaamde cryogene toestand in contact komt met de huid of als de ijskoude dampen van vloeibare waterstof worden ingeademd, kan bevriezing, onderkoeling en longschade optreden. Als alternatief wordt waterstof gasvormig opgeslagen onder hoge druk, tussen 200 en 900 bar.
Gasvormig waterstof is zeer vluchtig. Als een van de lichtste elementen verspreidt het zich snel in de hoogte en vermengt het zich met lucht. Het kan problematisch worden wanneer waterstof zich verzamelt in gesloten structuren of gebouwen, waardoor het risico op ontbranding of explosie toeneemt. Daarom vormen zelfs de kleinste lekken in waterstofleidingen, kleppen, schroefverbindingen en tanks een serieus risico.
Naast de statische veiligheidseigenschappen van de componenten kunnen veilige automatiseringsoplossingen ook voor veiligheid zorgen. Denk hierbij aan dynamische druk- en temperatuurbewaking of veilige naleving van belastinglimieten van nageschakelde structuren.
Veiligheid van productie tot gebruik
Waterstof kan op verschillende manieren worden geproduceerd. Voor de verschillende elektrolyseprocessen gelden verschillende veiligheidstechnische overwegingen. Voor veel van de processen zijn een hoge druk en hoge temperaturen vereist, die moeten worden bewaakt en geregeld om ongelukken te voorkomen. Gas- en vlamdetectoren zijn belangrijk omdat ze ontsnappende gassen en vlammen onmiddellijk detecteren, waardoor snel veiligheidsmaatregelen kunnen worden genomen, bijvoorbeeld beveiliging van de gevarenzone of een noodstop. Afhankelijk van het elektrolyseproces kunnen er tijdens de elektrolyse ook schommelingen in de belasting optreden. Daarom is het belangrijk om te zorgen voor een zo constant mogelijke elektrische voeding. Want een storing in het elektrische gedeelte onderbreekt niet alleen het elektrolyseproces, maar vergroot ook het explosiegevaar.
Een ander proces om waterstof te produceren uit koolstofhoudende stoffen zoals aardgas, methanol, biogas of biomassa. Deze reageert daarbij met waterdamp bij hoge temperaturen en hoge druk. Het zuurstofgehalte van de waterdamp leidt tot gedeeltelijke oxidatie van de brandstof, waardoor waterstof en koolmonoxide worden geproduceerd. Dit proces vereist hoge temperaturen, die worden bereikt met behulp van branders. Automatiseringssystemen kunnen niet alleen de veilige besturings- en bewakingssequentie van een klassiek Burner Management System overnemen, maar ook de besturing en veiligheidsbewaking van de productie-installatie of machine waarin het thermische proces is geïntegreerd.
Betrouwbaar tanken
Een belangrijke toepassing van waterstof is de aandrijving van voertuigen. Daarvoor is een passende infrastructuur nodig met o.a. waterstoftankstations (HRS). Deze bestaat uit een compressieruimte waarin het gas tot 1000 bar kan worden samengeperst, een koelsysteem, hogedrukopslagtanks en de pompen. De installatie en het beheer van een waterstoftankstation wordt goedgekeurd door de lokale autoriteiten en is onderworpen aan nationale of regionale wetgeving. De veiligheidsfuncties waarmee rekening moet worden gehouden in het waterstoftankstation zijn onder andere waterstoflek-, vlam- en rookdetectie en temperatuur- en drukbewaking. In Frankrijk zorgt het automatiseringssysteem PSS 4000 van Pilz momenteel bij 10 openbare tankstations voor de veiligheid bij het tanken van waterstof.
Functionele veiligheid heeft Industrial Security nodig
Veelal zullen de installaties voor het produceren, vervoeren en tanken van waterstof op afstand bediend en gecontroleerd worden. Is dit het geval, dan is cyber security een punt dat niet vergeten mag worden. Criminelen en terroristen weten anders wel raad met onze waterstofinfrastructuur.
De specialist
Als het gaat om functionele veiligheid en Industrial Security dan is Pilz één van de bedrijven waar u terecht kan. Ook voor de gehele veiligheid rondom waterstof weten zij wat nodig is voor een veilige installatie.
