Wat te doen met waterstof boil-off gas?

It’s all about Cryogenius.

waterstof-afkookgas1

Net als alle andere vloeibare gassen, heeft vloeibare waterstof met boil-off gas te maken. Dit bijproduct van kokende vloeistof ontstaat in kleine- of grotere hoeveelheden in tanks, leidingen en applicaties. Dat het ontstaat is een gegeven, maar wat te doen met boil-off gas is de vraag.

In deze blog kijken we naar boil-off gas van vloeibare waterstof. We leggen uit wat het is, hoe en waarom het ontstaat en op welke verschillende manieren het gebruikt kan worden.

Wat is boil-off gas? 

Om gassen vloeibaar te maken én te houden, worden ze op een extreem lage temperatuur gebracht. Welke temperatuur dit is, verschilt per gas. Zuurstof wordt bijvoorbeeld vloeibaar bij -183 °C , stikstof bij -195,8 °C en waterstof pas bij -252,9 °C. 

Alle cryogene infrastructuren, zoals tanks, leidingwerk en applicaties, zijn erop gebouwd om vloeibare gassen perfect op temperatuur te houden. Echter, een zeer kleine warmteinlek is onvermijdelijk. Na een lange tijd, of bij vervoer over grote afstanden, zal een klein percentage van de cryogene vloeistof altijd opwarmen en gaan koken. Uit deze kokende vloeistof ontstaat vervolgens een kleine hoeveelheid gas, die boil-off gas (BOG) wordt genoemd. 

Hoeveel boil-off gas precies wordt gevormd, hangt af van de inrichting en het formaat van een infrastructuur. Over het algemeen ontstaat in een grote tank bijvoorbeeld procentueel minder boil-off gas dan in een kleinere tank. 

Ook hangt het percentage boil-off gas uiteraard samen met de kwaliteit van de isolatie. Hoe hoger de kwaliteit van de isolatie, hoe minder warmte er binnenkomt en hoe minder boil-off gas er wordt gevormd. 

Vergeleken met andere gangbare isolatietypen zorgt vacuüm isolatie overduidelijk voor de laagste warmteinlek. De meeste infrastructuren voor vloeibare waterstof worden dan ook geïsoleerd met behulp van vacuümtechnologie.

Boil-off gas vrijlaten of afvangen en gebruiken

Vloeibare waterstof heeft een hogere volumetrische energiedichtheid dan gasvormige waterstof. Dit betekent dat in een tank of applicatie meer vloeibare waterstof kan worden opgeslagen dan gasvormige waterstof. Ontstaat er dan ook boil-off gas, dan gaat de druk in de infrastructuur omhoog. 

Een kleine verhoging in druk is niet altijd een probleem, maar naarmate deze druk sterk toeneemt ontstaan er gevaren. Wanneer het gas bijvoorbeeld ergens ophoopt of wanneer de infrastructuren onder een te hoge druk komen te staan, dan is er sprake van brand- en explosiegevaar.

Ook is gasvorming in een tank, leiding of applicatie niet goed voor de kwaliteit van het vloeibare gas. De meeste infrastructuren zijn er dan ook op gebouwd om boil-off gas wanneer nodig af te voeren. 

Maar wat gebeurt er precies met dit afgevoerde gas? Dit hangt sterk af van de industrie, de inrichting van de infrastructuur en de voorkeuren van de producent. Kort door de bocht zijn er echter twee opties: vrijlaten in de atmosfeer of afvangen en gebruiken. 

Boil-off gas vrijlaten in de atmosfeer

De makkelijkste manier om van boil-off gas af te komen, is door dit simpelweg vrij te laten in de atmosfeer. Deze methode bespaart energie en infrastructuren die nodig zijn voor het afvangen en gebruiken van het gas. Het vrijlaten van boil-off gas is niet schadelijk voor het milieu en is in kleine hoeveelheden niet gevaarlijk. 

Helaas heeft deze methode ook enkele nadelen. Ten eerste is het vrijlaten van waterstofgas alleen ongevaarlijk wanneer het kleine hoeveelheden betreft. Komt een grote hoeveelheid waterstofgas namelijk in contact met zuurstofgas, dan kan er een explosie ontstaan. Het is daarom belangrijk dat het vrijlaten van waterstof boil-off gas zorgvuldig wordt gemonitord en in veilige omstandigheden en hoeveelheden gebeurt. 

Ten tweede is het vrijlaten van waterstofgas zonde. Het produceren van waterstof kost veel energie en het is niet efficiënt om een bruikbaar product onnodig verloren te laten gaan. Veel producenten kiezen er daarom voor om boil-off gas niet zomaar vrij te laten, maar af te vangen en alsnog te gebruiken. Hoe dit echter het beste kan worden gedaan, hangt af van de industrie en applicatie. 

Boil-off gas afvangen en gebruiken

Boil-off gas van waterstof kan op drie verschillende manieren worden afgevangen en gebruikt:

  • Onder hoge druk
  • Onder atmosferische druk 
  • In vloeibare vorm, na het opnieuw vloeibaar te maken (reliquefaction

Gebruik in gasvorm

Voor gebruik in gasvorm (onder zowel hoge druk als atmosferische druk) wordt simpelweg een systeem gebouwd dat het boil-off gas afvangt en al dan niet direct onder druk zet. Het gas wordt vervolgens in de juiste condities gelijk weer door een applicatie gebruikt.

Boil-off gas fungeert in dit geval als aanvulling op een grotere hoeveelheid vloeibare waterstof, die met een verdamper gasvormig wordt gemaakt. Om een applicatie goed te laten functioneren is het gebruik van alleen boil-off gas namelijk niet voldoende. 

Gebruik in vloeibare vorm (reliquefaction) 

Om waterstof boil-off gas opnieuw om te zetten in vloeibare waterstof, moet dit afgevangen en opnieuw gekoeld worden. Dit proces wordt reliquefaction genoemd. 

Voor applicaties die op vloeibare waterstof functioneren, is dit uiteraard de beste methode. Echter, de apparatuur om deze koeling te realiseren kost geld en neemt relatief veel ruimte in beslag. 

Meestal wordt deze methode daarom alleen toegepast bij tanks of applicaties met voldoende omliggende ruimte. 

waterstof-afkookgas2

De beste oplossing

Welke oplossing de voorkeur heeft, hangt af van de industrie en applicatie. Om enkele voorbeelden te noemen:

Het tankstation

Tankstations voor gasvormige- en in de toekomst ook vloeibare waterstof kunnen boil-off gas op verschillende manieren gebruiken. Om auto’s te voorzien van gasvormige waterstof, kan boil-off gas gewoon worden afgevangen en direct worden gebruikt. Wanneer in de toekomst echter ook vloeibare waterstof wordt getankt, zal boil-off gas afgevangen en opnieuw vloeibaar gemaakt moeten worden. In dit geval is reliquefaction nodig. 

Gelukkig beschikken de meeste tankstations over relatief veel ruimte, waardoor de extra infrastructuren die nodig zijn voor het uitvoeren van reliquefaction geen problemen zullen opleveren. 

Vloeibare waterstof transport

Ook op schepen voor vloeibare waterstof transport kan reliquefaction interessant zijn. In hoeverre dit mogelijk is, hangt af van het formaat en de activiteit van het schip. Op een klein schip dat korte afstanden aflegt is de grote apparatuur die nodig is voor reliquefaction vaak niet efficiënt. Gaat het echter om een vloeibare waterstof tanker die grote afstanden aflegt en zich langere tijd in havens bevindt, dan is reliquefaction vaak wel weer interessant. 

Brandstofcellen

Komt er boil-off gas vrij in bijvoorbeeld een auto, vrachtwagen of schip dat gebruik maakt van brandstofcellen met gasvormige waterstof? Dan is reliquefaction niet nodig. Het gas kan in dit geval gewoon in gasvorm worden afgevangen en direct worden gebruikt door de brandstofcellen. 

waterstof-afkookgas3

‘Wat te doen met boil-off gas’ hangt, zoals te zien in de bovenstaande voorbeelden, volledig af van de industrie, applicatie, locatie en de voorkeuren van de producent. En het mooie aan waterstof is: wat er ook met het gas wordt gedaan, het milieu heeft er geen last van. 

Boil-off gas beperken

Uiteraard kost het afvangen en hergebruiken van boil-off gas extra materiaal en energie. In de meeste gevallen is dit het waard, maar toch is het nóg efficiënter om boil-off gas gewoon te beperken. 

Eerder in deze blog hebben we al kort benoemd dat isolatie een belangrijke rol speelt in de beperking van boil-off gas. Vooral voor het isoleren van vloeibare waterstof is de allerbeste isolatietechniek nodig, omdat de temperatuur van deze cryogene vloeistof zo laag ligt. 

Vacuüm isolatie

Na uitgebreide vergelijking van diverse isolatiematerialen, is vacuüm isolatie veruit het meest succesvol gebleken in het isoleren van vloeibare waterstof. Vacuüm isoleert maar liefst 15 keer beter dan andere isolatiematerialen (PIR/PUR, bijvoorbeeld, of Foamglas, Armaflex, Perlite, en Misselon) en is inzetbaar voor zowel transferleidingen als tanks en applicaties.

Demaco werkt al sinds 1989 met vacuümtechnologie. Binnen zowel grote- als kleine projecten werken onze engineers aan de beste oplossing voor zowel vloeibare waterstof als diverse andere vloeibare gassen. 

Ook het verwerken van boil-off gas is voor Demaco niet nieuw. We denken graag mee met onze klanten en bieden de oplossing die het beste bij de specifieke situatie past. Wordt dat bijvoorbeeld reliquefaction? Geen probleem, wij ontwerpen en bouwen de beste infrastructuur. Geen uitdaging is ons te groot en het geeft ons voldoening om de meest efficiënte oplossing te bieden.

waterstof-afkookgas4

Meer weten? 

Heb je vragen over ons werk? Neem gerust contact met ons op of neem een kijkje tussen onze producten en projecten voor meer informatie. 

Meer weten over ons werk met vloeibare waterstof? Bekijk dan deze pagina of onze recente blog over vloeibare waterstof eens. Hierin lees je alles over deze veelzijdige cryogene vloeistof en de jarenlange ervaring die Demaco heeft opgebouwd binnen diverse geavanceerde waterstofprojecten. 

Verwante berichten

Neem contact met ons op voor meer informatie

Subscribe to Demaco