Waterstofketel in woning

Algemene beschrijving

Een slecht te isoleren woning wordt verwarmd met behulp van waterstof. De cv-ketel bevindt zich op de zolder van de woning en wordt gevoed met waterstof via een kunststof leiding die vanaf de meterkast naar de cv-ruimte op zolder loopt. Door een fout tijdens de montage is de perskoppeling in de kunststof leiding losgeschoten waardoor waterstof zich ophoopt in de meterkast. Omdat de meterkast vol staat met diverse spullen, stroomt de waterstof via de ventilatieopening in de meterkast de hal in. Ondanks het odoriseren van waterstof, wordt de lekkage niet waargenomen. Door onbekende oorzaak ontsteekt de gaswolk en vindt een explosie plaats.

Eigenschappen van methaan en waterstof

NB.
* De term ‘explosiegrens’ is feitelijk niet juist, omdat waterstof niet explodeert maar ontbrandt bij concentraties tussen 4 – 9 vol.%.

Kans van optreden

Omdat waterstof nog niet wordt toegepast in woningen – met uitzondering van pilots – is voor het bepalen van de kans dat zich een waterstoflek voordoet in een woning gekeken naar Nederlandse gegevens over aardgaslekken in woningen. Hierbij is het uitgangspunt dat aardgas en waterstof zich soortgelijk gedragen als het gaat om waar en hoe vaak een gaslek op zal treden (zie ook: H21 Phase 1 Technical Summary Report). Een voordeel hierbij is, dat de laagste explosiegrenzen voor methaan en waterstof weinig van elkaar verschillen. Voor de afleiding van kansen zijn data gebruikt van een telling van lekkagemeldingen van aardgas over één jaar tijd.

Kleine gaslekken in woningen hoeven in Nederland niet gemeld te worden. Hierom is er geen goed beeld van de werkelijke aantallen gaslekkages in Nederlandse woningen. De meeste gaslekkages in huis worden niet gemeld of leiden niet tot gevaarlijke situaties, omdat de geur van aardgas wordt geroken door de bewoner. Deze zal meestal zelf de gastoevoer afsluiten en de woning ventileren. Op basis van meldingen stelt KIWA jaarlijks een rapport op (zie ook: Registratie van gasinstallatieongevallen achter de meter; jaaroverzicht 2021). Voor de meldingen geldt dat er sprake moet zijn van ‘brandend gas, uitstromend uit de assets van de gasnetbeheerder’. Lekkages in een woning waarbij er geen sprake was van ontsteking, worden dus niet meegenomen in het rapport.

De resultaten staan samengevat in Tabel 1. In 2021 zijn 106 incidenten geregistreerd, waarvan er 37 plaatsvonden in de woning en 69 in de meterkast*. Opzettelijke incidenten zijn niet meegenomen. Van de 37 incidenten in de woning hadden 26 betrekking op koolmonoxidevergiftiging door onvolledige verbranding van aardgas. Bij waterstof is koolmonoxidevergiftiging uitgesloten; deze 26 incidenten zijn daarom niet meegenomen in de kansberekening.

NB.
*De verantwoordelijkheid van netbeheerders houdt op bij de uitgaande zijde van de gasmeter. De incidenten die KIWA gerapporteerd heeft, hebben dus plaatsgevonden na de uitgaande zijde van de gasmeter.

Tabel 1 Aantal aardgasincidenten in 2021 in woningen op basis van mediaberichten

In Nederland zijn er 7,2 miljoen aansluitingen en dat geeft de volgende kansen :

• Kans op incident = (106 – 26)/7.200.000 = 11,1 x 10^-6 per aansluiting per jaar
• Kans op incident in de meterkast = 69/7.200.000 = 9,6 x 10^-6 per aansluiting per jaar
• Kans op incident na de meter = (37-26)/7.200.000 = 1,5 x 10^-6 per aansluiting per jaar
• Kans op explosie gevolgd door brand = 3/7.200.000 = 0,4 x 10^-6 per aansluiting per jaar
• Kans op brand = 77/7.200.000 = 10,7 x 10^-6 per aansluiting per jaar.

Effecten

Verspreiding, waterstofconcentratie en schade

In het Hy4Heat-programma heeft men voor screening-doeleinden de uitstroomsnelheid van 911 aardgaslekkages in Engeland gebruikt om de aardgasconcentratie te berekenen die daardoor zou kunnen ontstaan in de ruimte waar de uitstroom plaatsvond (zie ook: Guidance on RIDDOR regulations). Hetzelfde heeft men ook gedaan voor waterstof.
De meeste gaslekkages in woningen leiden niet tot gevaarlijke situaties; dit geldt zowel voor aardgas als voor waterstof. Bij bijna 800 van de ruim 900 meldingen zouden zowel de aardgas- als de waterstofconcentratie ver onder de laagste explosiegrens (LEL) hebben gelegen (de LEL voor methaan, hoofdbestanddeel van aardgas, is 5,3 vol.% en voor waterstof 4 vol.%). Bij dergelijke concentraties is de kans verwaarloosbaar dat iets ernstigs kan gebeuren. Zo’n 80 à 90 lekken zouden hebben geleid tot gasconcentraties tussen 0,8 – 4 vol.%. Ook dan is een gaswolk niet ontvlambaar, maar lokaal kunnen kleine gebiedjes aanwezig zijn waar de gasconcentratie hoger is (en dus wel ontvlambaar).
Bij waterstof zouden 32 van de ruim 900 meldingen hebben geleid tot een concentratie boven de LEL. Bij 10 hiervan zou de concentratie niet hoger zijn geworden dan 8 vol.%. In geval van ontsteking is de vlamsnelheid dan echter dermate laag, dat er geen overdrukeffecten te verwachten zijn. Die zijn wel te verwachten bij de overige 22 lekken, omdat die geleid zouden hebben tot gasconcentraties hoger dan 8 vol.%. Dus slechts 2,5 % van alle gaslekken die in het onderzoek beschouwd zijn, zouden kunnen leiden tot overdrukeffecten en tot schade.

In een ander onderzoek binnen het Hy4Heat-programma is de verspreiding van waterstof in een woning onderzocht (zie ook: WP7 Safety Assessment: Gas Dispersion Data Analysis). De conclusies staan hieronder samengevat en gelden voor uit-stroomlocaties in een typische Britse woning (in Britse woningen bevindt de cv-ketel zich bijvoorbeeld vaak in een kast in de keuken), uitgezonderd kelders en kruipruimtes:

1. Waterstof verspreidt zich op een soortgelijke manier als aardgas.
2. Bij lekken van meer dan 30 m3/uur kunnen waterstofconcentraties van meer dan 20 vol.% ontstaan in de woning, maar relatief kleine lekken in een besloten omgeving als een meterkast kunnen lokaal ook leiden tot zeer hoge waterstofconcentraties. In het DNVGL-rapport Gedrag van waterstof bij lekkages in het gasdistributienet uit 2020 wordt aangegeven dat waterstofconcentraties van meer dan 10 vol.% verwacht kunnen worden bij lekken van 6-18 m³/uur (100 – 300 l/min) in kruipruimtes en meterkasten).
3. Lekken kleiner dan 30 m3/uur kunnen in de ruimte waar het lek plaatsvindt soms ook leiden tot waterstofconcentraties van meer dan 20 vol.%. Dit is bijvoorbeeld het geval als er onvoldoende ventilatie is en deuren gesloten zijn.
4. Als de deuren open zijn van de ruimte waarin waterstofgas uitstroomt (20 m3/uur), ko-men de waterstofconcentraties in de rest van de woning niet hoger dan 13 vol.%. Als de deuren van de ruimte gesloten zijn, zijn de waterstofconcentraties in de rest van het huis over het algemeen lager dan 10 vol.%.
5. Hoe hoger de uitstroom in een ruimte, hoe hoger de maximale waterstofconcentraties in de waterstoflagen onder een plafond.

Slachtoffers

Een gasexplosie waarbij een huis instort, is zeldzaam, maar komt jaarlijks toch een paar keer voor. De meeste slachtoffers zullen vallen als huizen instorten door de explosie. Als drie huizen instorten, zullen gemiddeld genomen 6 tot 7 mensen (dodelijk) gewond raken (zie ook: WP7 Safety Assessment: Consequence Modelling Assessment). Bij vijf huizen zijn dat 10 mensen. Mensen die zich buiten bevinden, kunnen getroffen worden door rondvliegend puin of glasscherven.
Bij waterstofconcentraties lager dan 14 à 15 vol% is de explosie niet krachtig genoeg. Mensen lopen dan brandwonden op als zij in de ruimte zijn waar de explosie plaatsvindt.

Achtergrondinformatie verspreiding

Het stijgend vermogen van waterstof en de impuls die waterstofgas meekrijgt als het vrijkomt, spelen een grote rol in de verspreiding van waterstof in een besloten ruimte in een woning. Bij kleine lekkages krijgt waterstof bij uitstroom uit een 30 mbar-leiding weinig impuls mee. Waterstof stijgt naar het plafond en als er onderweg geen sprake is van opmenging door obstakels of door ventilatie, ontstaan onder het plafond meerdere waterstofrijke lagen die in concentratie van elkaar verschillen. Dit wordt stratificatie genoemd. De hoogst gelegen lagen hebben de hoogste waterstofconcentraties (> 10 vol.%). Hoe langer de uitstroom duurt, hoe dikker de waterstoflagen onder het plafond en hoe hoger de waterstofconcentraties in de diverse lagen. Als de uitstroom van waterstof stopt, verdwijnt de gelaagdheid en ontstaat één waterstoflaag met een uniform verdeelde concentratie.

Gedurende de tijd dat waterstof uitstroomt in een besloten ruimte in een woning, kunnen waterstofconcentraties lokaal hoog zijn. De totale hoeveelheid uitgestroomde waterstof bepaalt de eindconcentratie van waterstof in de besloten ruimte. Hoe meer waterstof vrijkomt, hoe risicovoller de situatie is, omdat het veel langer duurt voordat de concentraties onder de LEL komen. De gasdichtheid van een ruimte en de mate van ventilatie zijn van grote invloed op de hoogte en verdeling van waterstofconcentraties. Hoe dichter een ruimte is, hoe minder waterstof kan verdwijnen door kieren en gaten.

Zelfredzaamheid en handelingsperspectief

Het verloop van het ongevalscenario

De snelheid waarmee het scenario zich voltrekt, is afhankelijk van het ontstekingsmoment. Na ontsteking zijn direct de effecten (hitte en overdruk) merkbaar. Binnen de brandbare wolk zullen personen brandwonden oplopen en mogelijk overlijden. Ook kunnen secundaire branden ontstaan.

Doordat de gaswolk zich binnen heeft opgehoopt, zal ontsteking bij hoge waterstofconcentraties leiden tot een explosie met overdruk. Dit veroorzaakt schade aan de woning en mogelijk vallen er slachtoffers door de drukgolf, door rondvliegende elementen (glas, meubilair), of door instortende delen van de woning. Omdat de constructie van de woning instabiel geworden kan zijn, is het nodig om aanwezigen te evacueren uit de beschadigde woning en zo nodig ook uit aangrenzende woningen.

Herkenbaarheid van scenario

Waterstof is een geurloos gas. Voor gebruik in woningen wordt odorant toegevoegd, zodat een lek tijdig wordt geroken. Als het lek groot genoeg is, is dit ook te horen door een sissend geluid.

Optreden multidisciplinaire hulpverlening

Brandweer, geneeskundige zorg, politie en gemeente starten hun reguliere taken als omschreven in de algemene informatie behorende bij dit Scenarioboek. Voor dit scenario kan in het bijzonder worden gekeken naar het scenario ‘Cilinderpakket Waterstof – Explosie’. De volgende aspecten zijn hierbij van belang.

Brandweerzorg

• De mogelijkheid bestaat dat na de explosie het uitstromende gas blijft branden. Dit is een vlam van beperkte omvang die moeilijk te zien zal zijn;
• Ook bestaat de mogelijkheid dat na de explosie waterstof uitstroomt en zich ophoopt, zodat de kans op een tweede explosie bestaat. Het stoppen van de toevoer van waterstof heeft dan ook prioriteit.

Maatregelen

Veel van onderstaande maatregelen zijn niet uniek voor waterstof en worden bij aardgas al toegepast.

Kansbeperkend*

• Verlaging van de druk van het gasnet;
• Werkzaamheden aan leidingen en gasapparatuur laten uitvoeren door een gecertificeerd bedrijf;
• Werkzaamheden aan leidingen en gasapparatuur uitvoeren conform daarvoor geldende procedures;
• Inspecties aan leidingen en gasapparatuur laten uitvoeren door een gecertificeerd bedrijf;
• Gasleidingen in een woning visueel inspecteren;
• Gasleidingen in een woning controleren op lekdichtheid door middel van een druktest.

NB.
*Zie ook: D1A.1– Uitkomsten onderzoeken Verenigd Koninkrijk Hy4Heat en H21 vertaald naar Nederlandse situatie.

Effect- en gevolgbeperkend*

• Geen gasinstallatie in kelders of kruipruimtes plaatsen;
• Gebruik van een gasafsluiter;
• Gebruik van een doorstroombegrenzer (‘gasstopper’);
• Ventilatie in meterkast en cv-ruimte;
• Zekerstellen dat alle ruimtes zijn gecontroleerd;**
• Gasdetectie, eventueel gevolgd door het automatisch afsluiten van de gastoevoer of afsluiten van de stroom***;
• Branddetectie, eventueel gevolgd door automatisch afsluiten van de gastoevoer of afsluiten van de stroom;
• Odorisatie van waterstof;
• Vermijden van ontstekingsbronnen.

NB.
*Zie ook: D1A.1– Uitkomsten onderzoeken Verenigd Koninkrijk Hy4Heat en H21 vertaald naar Nederlandse situatie.
**Bij een incident was sprake van gasophoping in de kruipruimte. De brandweer heeft toen metingen gedaan en vastgesteld dat de situatie veilig was. Er bleek echter een scheidingsmuur in de kruipruimte aanwezig te zijn (een tweede kruipruimte onder een aangebouwde schuur). In deze tweede ruimte was gas aanwezig dat is ontstoken.
***Hiervoor kunnen bijvoorbeeld CO-detectoren worden gebruikt, omdat deze kruisgevoelig zijn voor waterstof en waterstof op ppm-niveau kunnen detecteren.

Bevordering van zelfredzaamheid

• Bij explosie- en instortingsgevaar het gebouw zo snel mogelijk verlaten.
• Als dat niet mogelijk is, ga dan in een deuropening staan.

Voorbeelden

Het is de bedoeling om in pilots in Stad aan ’t Haringvliet, Hoogeveen, Lochem en Wagenborgen woningen te verwarmen met behulp van waterstof. Op dit moment is in Nederland nog maar in enkele woningen een waterstofketel geïnstalleerd en daar hebben zich geen incidenten voorgedaan. Om die reden zijn hier voorbeelden aangehaald waarbij sprake was van een (dreigende) explosie in een woning die voorzien was van aardgasleidingen.

Weert

Een bewoner nam, op 20 december 2020, een gaslucht waar en schakelde de netbeheerder in. De gaskraan van de woning was intussen dichtgedraaid. Na het verrichten van een meting sloeg de medewerker van de netbeheerder alarm, omdat er zoveel gas was vrijgekomen dat er sprake was van explosiegevaar. De oorzaak was een lekkage bij de gasmeter in de kelder van de woning. De woning is geventileerd door de brandweer (zie ook: Explosiegevaar in woning door gaslek).

Haarlem

In een benedenwoning in Haarlem vond op 22 april 2021 een explosie plaats (zie ook: Explosie in huis in Haarlem: gevel weggeblazen, ravage op straat). De bewoner woonde er volgens de berichtgevingen anti-kraak en had aangegeven al langere tijd een gaslucht te ruiken. Hij is door de explosie niet gewond geraakt.