Een van de mogelijkheden om waterstof, als duurzame energiedrager, te integreren in de energie-infrastructuur is door het met aardgas te mengen. Mits duurzaam geproduceerd, vermindert de ‘bijmenging’ van waterstof in aardgas het gebruik van fossiele brandstoffen en faciliteert het gebruik van waterstof in alle eindtoepassingen. Echter, de verbrandingseigenschappen van waterstof zijn dermate ‘anders’ dan aardgas, dat het veilige en doelmatige functioneren van verbrandingsapparatuur verstoord kan worden. Bijvoorbeeld, teveel waterstof leidt tot het “kloppen” van gasmotoren, en kan ook resulteren in het verhogen van de NO_x-uitstoot van verbrandingsapparatuur. Om te kunnen garanderen dat de eindgebruiker (ons allen) gevrijwaard wordt voor ongewenste gevolgen van het bijmengen van waterstof in het aardgas, dienen de mogelijke veranderingen in verbrandingseigenschappen te worden geanalyseerd en vertaald in ‘specificaties’ voor de maximum toelaatbare hoeveelheid waterstof. Doordat de resultaten grote gevolgen hebben voor de energievoorziening, moeten de specificaties op degelijke wetenschappelijke onderbouwing stoelen.

In een aantal projecten analyseren we de gevolgen van waterstofbijmenging op de verschillenden verbrandingseigenschappen van aardgas, waaronder de stabiliteit van de verbranding, de vorming van milieuschadelijke stoffen (NO_x, roet) en de ontstekingseigenschappen (met betrekking tot bovengenoemde klopverschijnselen). Omdat in vlammen de temperatuur en concentratie van de chemische reactanten in de ruimte verdeeld zijn (de ‘vlamstructuur’) is het bepalen van deze structuur essentieel bij het analyseren van de gevolgen van waterstofbijmenging. Hiertoe maken wij gebruik van verschillende geavanceerde laserdiagnostische en numerieke methoden, waarbij de onderliggende fysische en chemische oorzaken van het waargenomen gedrag begrepen kunnen worden. Voorbeelden van lopende activiteiten zijn het analyseren van het effect van waterstoftoevoeging op:

• de vorming van NO_x en acetyleen (een belangrijke tussencomponent in roetvorming) in voorgemengde koolwaterstofvlammen bij lage druk. Hierbij worden metingen met behulp van laser-induced fluorescence (LIF) gepaard met numerieke berekening van 1-D vlamstructuur.
• Roetvorming in axisymmetrische waterstof/methaan diffusievlammen, waarbij laser-induced incandescence (LII) en spontane Raman-verstrooiing worden gekoppeld aan 2-D numerieke berekeningen.
• Het spontane ontsteken van mengsels van waterstof/methaan wordt gemeten in een zgn. rapid compression machine (RCM), een de chemie van de ontsteking geanalyseerd via numerieke simulatie. Hierbij worden de kwantitatieve laserspectroscopische meetmethoden veelal zelf ontwikkeld, zoals Raman- en LIF-methoden voor het meten van acetyleen.