Waterstof in de metaalindustrie: een sleutel tot decarbonisatie van warmtebehandelingen

Waterstof geldt daarbij als een van de meest kansrijke opties, zowel als brandstof in industriële ovens als als procesgas in reducerende atmosferen.

Warmteprocessen en hun aandeel in de uitstoot

Volgens het Internationaal Energieagentschap is de industriesector verantwoordelijk voor ongeveer een kwart van de wereldwijde energiegerelateerde CO₂-uitstoot, waarbij ijzer en staal de grootste afzonderlijke post vormen. In de metaalverwerking ontstaat de uitstoot vooral door het opwekken van proceswarmte boven 500 °C. Klassieke toepassingen zijn het rekristallisatiegloeien van plaatmateriaal, het sinteren van poedermetallurgische onderdelen en het warmwalsen en harden. Bij Europese staalfabrieken ligt de specifieke CO₂-uitstoot volgens Eurofer, afhankelijk van de productieroute, tussen 0,4 en bijna 2 ton per ton ruwstaal.

Waterstof als brandstof en procesgas

Bij de verbranding van waterstof ontstaat geen kooldioxide, maar uitsluitend waterdamp. Daarmee kunnen directe procesemissies in ovens grotendeels worden vermeden, mits de waterstof zelf op een emissiearme manier is geproduceerd. Naast de rol als brandstof wordt waterstof al decennialang gebruikt als bestanddeel van reducerende ovenatmosferen, bijvoorbeeld bij het blankgloeien van roestvast staal in H₂/N₂-mengsels. Voor dergelijke toepassingen zijn hoge zuiverheidsgraden vereist, meestal vanaf kwaliteit 5.0, oftewel 99,999 procent. Bij Air Liquide worden industriële waterstofoplossingen aangeboden voor uiteenlopende metaaltoepassingen, van levering via pijpleidingen en tankcontainers tot productie op locatie via elektrolyse of stoomreforming met CO₂-afvang.

Groene, blauwe en grijze waterstof

Het klimaateffect van waterstof hangt sterk af van het productieproces. Grijze waterstof uit fossiele stoomreforming veroorzaakt ongeveer 9 tot 10 kilogram CO₂ per kilogram H₂. Blauwe waterstof gebruikt hetzelfde proces in combinatie met koolstofafvang en -opslag en kan de uitstoot volgens de Europese Commissie met 60 tot 90 procent verlagen. Groene waterstof wordt geproduceerd door elektrolyse met hernieuwbare stroom en is in bedrijf nagenoeg emissievrij. De EU-waterstofstrategie voorziet tegen 2030 een elektrolysecapaciteit van 40 gigawatt binnen de Unie.

Technische uitdagingen bij de omschakeling

De overstap van aardgas naar waterstof is technisch veeleisend. De vlamtemperatuur, de ontstekingsgrenzen en de warmteoverdracht verschillen aanzienlijk, wat aanpassingen aan branders, besturingen en veiligheidsvoorzieningen vereist. Ook de vorming van stikstofoxiden moet met aangepaste branderontwerpen onder controle worden gehouden. Daarnaast spelen infrastructurele vraagstukken een rol, zoals opslag, transport en het geschikt maken van bestaande gasnetten. In Nederland lopen met projecten als HyNetherlands en de waterstofinitiatieven in de haven van Rotterdam grootschalige trajecten die productie, transport en industriële afname aan elkaar koppelen.

Perspectieven voor metaalbedrijven

Voor bedrijven in de metaalverwerking is een stapsgewijze aanpak aan te raden. Haalbaarheidsstudies voor afzonderlijke ovenlijnen, pilotproeven met aardgas-waterstofmengsels van 10 tot 30 procent en tijdige afstemming met gasleveranciers en netbeheerders leggen de basis voor latere volledige omschakelingen. Wie zich vroegtijdig verdiept in de technische en regelgevende randvoorwaarden, creëert speelruimte bij toekomstige CO₂-prijzen en rapportageverplichtingen in het kader van CBAM en CSRD. De stap naar warmteprocessen op basis van waterstof is daarmee minder een kortetermijninvestering dan een langetermijntraject voor transformatie.