Onderzoek naar procesveiligheid industriële productie groene waterstof – een interview met Europoort Kringen
‘To boldly go where no man has gone before.’ Die bekende zin uit de tv-serie Star Trek kun je ook toepassen op het werk van het team (veiligheids)experts dat onder leiding van ISPT onderzoek deed naar het onbekende. In dit geval naar procesveiligheid bij de industriële productie van groene waterstof. Samen stelden zij normen op en leverden ze input voor richtlijnen voor een technologie, die in de praktijk nog nauwelijks op grote schaal wordt toegepast. En met succes, want de onderzoeksresultaten gaan onder meer de basis vormen van een nieuwe NTA 8221-norm en PGS 40-richtlijn.
Daar is Carol Xiao van ISPT nog wel het meest enthousiast over, de erkenning door onder andere de Stichting Koninklijk Nederlands Normalisatie Instituut. Oftewel NEN. “Het onderzoeksrapport vormt de basis voor inhoudelijke input voor nieuwe (inter)nationale normeringen en richtlijnen”, zegt de director business development van ISPT trots. “Dat geeft aan dat onze partners en wij ons werk goed gedaan hebben en dat deze kennis breed in het veld gedeeld kan worden. Op basis van ons onderzoek ‘naar het mogelijk maken van het veilig produceren van groene waterstof op industriële schaal’ werken we verder samen met NEN aan de ontwikkeling van een nieuwe Nederlandse Technische Afspraak, NTA 8221, voor industriële electrolysers op groene stroom. Verder levert het rapport belangrijke input op voor de nationale richtlijn PGS 40, voor installaties die waterstof produceren door middel van electrolyse. In die nieuwe richtlijn worden de veiligheidsmaatregelen voor dat soort installaties voorgeschreven. Naar verwachting is daar in het vierde kwartaal een definitieve versie van gereed.”
Veiligheidsrisico’s en ontwerpimplicaties
In haar vorige functie, die van programmamanager groene waterstof, was Carol Xiao intensief bij het ‘groene waterstof onderzoek’ betrokken. In totaal werkt zij nu zeven jaar bij het in Amersfoort gevestigde Institute for Sustainable Process Technology. ISPT is een onafhankelijk kennisinstituut voor open innovatie voor de Nederlandse procesindustrie. Xiao: “Samen met spelers uit de industrie, kennisinstellingen en de overheid werken wij aan de transitie naar een CO2-neutrale en circulaire economie in Nederland in 2050. Daarbij ligt onze focus op de procesindustrie.”
Als platform zetten wij brede samenwerkingsprogramma’s op voor technologische innovatie en verduurzaming van de procesindustrie en wij begeleiden die ook. Binnen die programma’s verrichten we onder meer onderzoek. Bijvoorbeeld naar de veiligheidsaspecten bij het produceren van groene waterstof. Daarover publiceerden wij twee jaar geleden een openbaar onderzoeksrapport met de titel ‘Safety aspects of green hydrogen production on Industrial Scale’. In een vervolgonderzoek zijn we, samen met een team (veiligheids) experts van onze onderzoekspartners, dieper op die materie ingegaan. Hiervoor hebben we de technische veiligheidsrisico’s en -scenario’s en ontwerpimplicaties voor elektrolyse met behulp van alkaline water electrolysis (AWE) en proton exchange membrane (PEM) technologieën onderzocht. De 14 partners waarmee wij in dit project samenwerkten zijn: Battolyser Systems, Equinor, Haskoning, Green Hydrogen Systems, HyCC, John Cockerill, NEN, Ørsted, Plug Power, RWE, Shell, TNO, VoltH2 en Yara.”
Bow-tie analyses en HAZOP-onderzoeken
ISPT onderzocht samen met veiligheidsexperts van de betrokken bedrijven en organisaties de generieke gevarenrisico’s en
risicobeoordelingen op dit vlak. Ook is gekeken naar het procesveiligheidsmanagement voor electrolysers. Daarnaast zijn de effecten onderzocht van een intermitterende stroomvoorziening, op zowel de performance van het systeem als de veiligheid. Andere onderzoeksvelden waren de herziening van de Nederlandse ATEX-richtlijnen (NPR7910-1) en hun toepasbaarheid op waterstof en op grootschalige electrolysers afgestemde operationele waarborgen. “De door het onderzoek opgedane bevindingen worden ondersteund door bow-tie-analyses [risicoanalysemodellen, red.] en HAZOP onderzoeken [procesveiligheidsanalyses,red.]”, aldus Xiao. “De resultaten zijn toepasbaar op alle electrolyser technologieën en systeemconfiguraties, van kleine ontwerpen tot aan die op gigawattschaal. Voor het op grote schaal produceren van groene
waterstof is veiligheid een hoofdvoorwaarde. Met dit onderzoek hebben we daarvoor belangrijke stappen gezet.”
Investeren in veiligheid
Bij het onderzoek, waarvan de Engelse naam ‘Enabling safe green hydrogen production on industrial scale – a process safety
study’ is, waren volgens Xiao ruim 50 experts en leden van het hoge management betrokken. Met een kernteam van 15 personen is meer dan twee jaar aan dit project gewerkt. “Voor het slagen van de energietransitie in de industrie, is groene waterstof essentieel”, zegt Xiao.
“Het succesvol opschalen van de productie van hernieuwbare waterstof is alleen mogelijk als veiligheid diep in elk aspect van het ontwerp van de installatie en de productie verweven zit. Dat is de leidende conclusie in het onderzoeksrapport. Door daarin te investeren bouw je vertrouwen op bij ontwerpers, toezichthouders en het publiek.
En dat is nodig, want waterstof heeft natuurlijk het imago dat het gevaarlijk is; licht ontvlambaar en explosief. De belangen zijn
groot en dat geldt ook voor de risico’s. Daarom zijn en worden alle veiligheidsaspecten, die verbonden zijn aan het produceren van groene waterstof op industriële schaal, zorgvuldig onderzocht. Omdat er nog geen standaarden, normen en richtlijnen voor zijn vastgelegd, is het pionierswerk. De onderzoekers begeven zich in een nog onbekend gebied en leggen daar met behulp van
hun professionele ervaring en innovatieve kennis de regels en veiligheidsvoorwaarden nauwgezet voor vast.”
Bestaande normen schieten tekort
In het rapport onderscheiden ISPT en zijn partners vier belangrijke risicocategorieën bij electrolyseinstallaties. Ontwerpfouten door drukverschillen en ongelijke vloeistofstromen is de eerste. Fabricage of onderhoudsproblemen van membranen de tweede. De derde risicocategorie is veroudering van kritieke componenten, zoals cellen en stacks. En de laatste is processtoringen in meet- en regelapparatuur. In het onderzoek wordt onder meer gewezen op het gevaar van snelle vorming van explosieve gasmengsels bij de productie van groene waterstof. In sommige gevallen vormen die zich sneller dan standaard gasanalysatoren kunnen detecteren. Bijvoorbeeld bij een plotselinge membraanbeschadiging door drukpieken of slijtage. Daarom wordt dringend geadviseerd om te investeren in nieuwe, snelle detectietechnologieën. Andere oplossingen zijn het slim positioneren van sensoren, dichtbij de elektrolyse-stack, en risico’s vanaf het begin intrinsiek minimaliseren bij explosieveilige ontwerpen.
Het onderzoeksrapport maakt ook duidelijk waarom de normen van nu, zoals NPR 7910-1, tekortschieten bij de productie van
waterstof. Die normen zijn volgens de onderzoekers namelijk gericht op zwaardere koolwaterstoffen. Waterstof heeft een veel
lagere dichtheid waardoor het nauwelijks opstijgt bij lekkages en zich snel ophoopt in constructies. ISPT beveelt hiervoor aan om daarbij de internationale norm IEC 60079-10-1 voor gevaarzone-indelingen te hanteren, ventilatie op maat te ontwerpen en
aandacht te geven aan onder meer dakconstructies, kasten en wandontwerpen, vanwege de sterke invloed van die elementen
op gasophoping.
Unieke werkwijze
De werkwijze van ISPT bij het uitvoeren van onderzoeken noemt Carol Xiao ‘volstrekt uniek’. “Wij nemen het initiatief en
begeleiden het proces, maar het resultaat is echt het product van de samenwerking met de partners. Het is niet ons, maar
een gezamenlijk onderzoek. In verschillende werkgroepen worden deelonderwerpen door experts van de partners en ons
besproken, uitgewerkt en geëvalueerd. Ontbreekt er kennis over een bepaald onderwerp, dan trekken we daarvoor zogenoemde
subcontractors aan. Bijvoorbeeld een kennisinstituut. Die leveren dan heel specifieke input, maar ‘bemoeien’ zich verder niet met de ‘big picture’. Uiteindelijk komt alles bij elkaar en maakt de kerngroep er één geheel van. Dat wordt dan weer voorgelegd aan de partners en hun experts en zo komen we uiteindelijk aan het daadwerkelijke rapport met alle bevindingen en aanbevelingen.
Een belangrijke voorwaarde om mee te doen als partner is de bereidheid om je data te delen. Het is een gezamenlijk proces waarbij we met elkaar en van elkaar leren. Ook in deze fase, na het afronden van het onderzoek, blijft het belangrijk om data over de productie van groene waterstof te delen. Er is nog maar weinig praktijkervaring beschikbaar. Die moet samen worden opgebouwd om vaart te houden in de energietransitie en de veiligheid rond het gebruik en de productie van duurzame energiebronnen, in dit geval groene waterstof, te optimaliseren.”
Download het rapport
Het rapport, dat op basis van het onderzoek naar het mogelijk maken van het veilig produceren van groene
waterstof op industriële schaal is gemaakt, is gratis te downloaden via onze Knowledge base.
Dit artikel is eerder gepubliceerd in Europoort Kringen nr.10 – oktober 2025.