Uitdagingen waterstofopslag: antwoorden liggen mogelijk in Utrecht

Ondergrondse waterstofopslag kan de oplossing zijn voor knelpunten in de huidige energietransitie. Naar een aantal uitdagingen die deze manier van waterstofopslag met zich meebrengt is nog weinig onderzoek gedaan. De Universiteit Utrecht heeft misschien antwoorden in handen. Dr. Suzanne Hangx, geoloog aan de Universiteit Utrecht legt uit, “Om te zorgen voor een veilige en efficiënte opslag van waterstof moeten wij begrijpen hoe de ondergrondse reservoirs zich gedragen onder invloed van de drukop- en afbouw door de continue injectie en extractie van waterstof. Het 'High Pressure and Temperature Laboratory' van de Universiteit Utrecht bezit, als één van de weinige labs in de wereld, een grote verscheidenheid aan faciliteiten. Dit brengt onze onderzoeksgroep in een unieke positie om de mechanische impact veroorzaakt door deze drukverschillen te onderzoeken.”

Ondergrondse geologische formaties van poreus gesteente, zoals zoutwater aquifers en uitgeputte olie- en gasreservoirs, bieden aanzienlijke mogelijkheden voor de opslag van grote hoeveelheden waterstof. Maar, zoals Hangx uitlegt, "de continue injectie en extractie van waterstof zal betekenen dat het opslagsysteem wordt blootgesteld aan cyclische veranderingen in de vloeistofdruk in de poriën van het gesteente, evenals aan veranderingen in de chemische omgeving. Dit zal van invloed zijn op de beweging van waterstof en andere vloeistoffen in het opslagreservoir, de chemische reacties die kunnen plaatsvinden en zelfs het gedrag van microben - alle drie met hun eigen uitdagingen. Bovendien zal het ondergrondse reservoir onderhevig zijn aan drukverschillen wat invloed heeft op het gesteente en eventuele breuken daarin. Dat kan gevolgen hebben voor het mechanisch gedrag en de sterkte van het gesteente en de breuken, wat mogelijk kan leiden tot bodemdaling, trillingen of lekkage. In het High Pressure and Temperature Laboratory (HPT-lab) kunnen we deze omstandigheden zeer nauwkeurig nabootsen, wat onze onderzoekers in de gelegenheid stelt om het mechanische gedrag, in reactie op waterstof injectie-extractie, nader te onderzoeken. Vanuit de industrie is er grote interesse getoond om samen te werken met het HPT-lab aan onderzoek naar veilige ondergrondse waterstof opslag."

De uitdagingen en de ontbrekende kennis op het gebied van waterstofopslag in poreuze reservoirs zijn in kaart gebracht in een onderzoek gepubliceerd in Energy & Environmental Science. Het onderzoek is het resultaat is van een samenwerking tussen Hangx en wetenschappers die betrokken zijn bij het Britse HyStorPor-project en GEO*8, de Europese Alliantie voor Aardwetenschappen, een consortium van vooraanstaande Europese organisaties voor aardwetenschappelijk onderzoek, waaronder de Universiteit Utrecht. Zij stellen dat er dringend behoefte is aan multidisciplinair onderzoek om de uitdagingen voor een veilige en efficiënte opslag van waterstof aan te pakken.

Waarom waterstof?

De opwekking van duurzame energie is onderhevig aan dagelijkse en seizoensgebonden schommelingen door de fluctuerende beschikbaarheid van voldoende windkracht of zonnestraling. Daarom is het voor de continuïteit van belang dat duurzame energie in perioden van overschot wordt opgeslagen om in perioden van tekort te worden gebruikt. Een efficiënte manier om dat te doen is door het overschot aan duurzame energie, via elektrolyse van water, om te zetten in waterstof. Waterstof staat wereldwijd in de belangstelling omdat het kan helpen het vervoer, de verwarming en energie-intensieve industrieën, zoals de chemische industrie en de staalindustrie, koolstofvrij te maken. Kortom, waterstof kan een belangrijk nadeel van de opwekking van duurzame energie helpen ondervangen, namelijk het vermogen om de schommelingen in het energieaanbod op te vangen.

Publicatie

Heinemann, N., Alcalde, J., Miocic, J.M., Hangx, S.J.T., Kallmeyer, J., Ostertag-Henning, C., Hassanpouryouzband, A., Thaysen, E.M., Strobel, G.J., Schmidt-Hattenberger, C., Edlmann, K., Wilkinson, M., Bentham, M., Stuart Haszeldine, R., Carbonell, R. and Rudloff, A. (2021) Enabling large-scale hydrogen storage in porous media – the scientific challenges. Energy & Environmental Science, 14: 853-864, doi:10.1039/D0EE03536J.