Sichere und zuverlässige Sauerstoff- und Taupunktüberwachung für Wasserstoff-Elektrolyseure

Wie fortschrittliche Sensoren die Effizienz von Elektrolyseuren maximieren können

Wasserstoff als Quelle sauberer Energie wird immer stärker nachgefragt.  Dies treibt den Markt für Wasserstoff-Elektrolyseure an.  Für einen sicheren und effizienten Betrieb sind Elektrolyseure auf den Einsatz fortschrittlicher Gasüberwachungssensoren und -analysatoren angewiesen, wie sie beispielsweise von Process Sensing Technologies hergestellt werden. 

Ein Elektrolyseur arbeitet mit Hilfe von elektrischem Strom, um Wassermoleküle in ihre Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zu zerlegen. 

Zu den gebräuchlichsten Elektrolyseuren gehören alkalische Zellen und Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure (PEM) - auch Polymerelektrolytmembranen genannt. 

Letztere verwenden eine halbdurchlässige Membran, die zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet ist.  Wasser, das in das System eintritt, reagiert an der Anode zu Sauerstoff, wobei negativ geladene Elektronen und positiv geladene Wasserstoffionen oder Protonen freigesetzt werden.  Die Wasserstoffprotonen passieren die Membran, wo sie sich mit den Elektronen an der Kathode rekombinieren und Wasserstoffgas bilden.   

Alkalische Elektrolyseure verwenden einen ähnlichen Ansatz, wobei eine alkalische Lösung wie Kaliumhydroxid als Elektrolyt verwendet wird, in die ein Paar Metallelektroden eingetaucht wird.  Sie sind durch ein Diaphragma getrennt, wobei Wasser an der Kathode gespalten wird, um H2 zu bilden und Hydroxidanionen freizusetzen, die das Diaphragma durchqueren und sich an der Anode zu Sauerstoff verbinden.

Diese relativ einfachen Prozesse haben ein beträchtliches Potenzial auf dem Weg zum Netto-Nullpunkt.  Eine Studie von Global Market Insights prognostiziert, dass der Markt für Wasserstoff-Elektrolyseure schnell wachsen wird, mit einer CAGR von über 24 %, von einem globalen Marktwert von 2,8 Mrd. $ heute auf atemberaubende 78 Mrd. $ im Jahr 2032. 

Sichere Optimierung des Betriebs von Elektrolyseuren

Die Elektrolysezelle, in der die Wassermoleküle in ihre einzelnen Atome zerlegt werden, bildet das Herzstück eines Wasserstoff-Elektrolyseursystems.  Das ist jedoch nicht alles, was erforderlich ist, um Gas in einer Qualität und Reinheit zu erzeugen, das anschließend als Energiequelle in Heiz-, Brennstoffzellen- oder Verkehrsanwendungen genutzt werden kann. 

Ebenso wichtig für die Systemauslegung ist die Integration von Gasreinigungs-, Gastrocknungs-, Verdichtungs- und Speicheranlagen sowie von Netzstromanschlüssen und geeigneten Gasverteilungsleitungen.  Jede Komponente spielt eine entscheidende Rolle bei der effizienten Erzeugung von hochwertigem Wasserstoff und muss daher effizient, zuverlässig und angesichts der potenziellen Explosionsgefahr von Wasserstoff auch sicher funktionieren.  Dies wiederum erfordert den Einsatz leistungsfähiger Prozessüberwachungs-, Mess- und Steuerungsinstrumente. 

So ist beispielsweise die Überwachung des Sauerstoffgehalts im Wasserstoffgasstrom in einem Elektrolyseursystem eine wichtige Voraussetzung für dessen sicheren Betrieb, idealerweise auf der Grundlage anerkannter Sicherheitsstandards und Betriebsrichtlinien, wie sie im SIL-Modell (Sicherheit, Integrity Level) definiert sind.   Dieselben Sauerstoffkonzentrationsmessungen liefern auch einen genauen Anhaltspunkt für die Betriebseffizienz der Elektrolysezelle, zeigen das Vorhandensein von Gaslecks an und dienen als wichtige Kriterien für den Nachweis, dass die Gasqualität und die vertraglichen Verpflichtungen eingehalten werden. 

Die Gasqualität wird auch durch das Vorhandensein von Wasserdampf beeinträchtigt, der vom Elektrolyseprozess mitgeführt wird.  Dies erfordert den Einsatz einer Wasserstofftrocknung sowie den Einsatz geeigneter Feuchte- oder Taupunktsensoren, um Spuren von Feuchtigkeit zu erkennen, sobald das Gas den Trocknungsprozess durchlaufen hat.   Auch diese Messungen sind entscheidend für den Betrieb und die Optimierung des Systems sowie für den Nachweis, dass die Gasreinheit den geforderten wirtschaftlichen und technischen Kriterien entspricht. 

Sauerstoff-, Wasserstoff- und Taupunkt-Messgeräte

Seit mehr als zehn Jahren entwickeln wir fortschrittliche Sensoren und Analysatoren für die Messung des Sauerstoff- und Taupunktes in Wasserstoff-Elektrolyseuren.  Viele unserer Sensoren und Messumformer erfüllen die Anforderungen für den Einsatz in SIL-Umgebungen und sind nach einer Reihe von internationalen Sicherheits- und Qualitätsstandards zugelassen. 

Um nur ein Beispiel aus unserer umfangreichen Produktpalette hervorzuheben: Easidew-Taupunkt, Transmitter sind vollständig für den Einsatz in eigensicheren und gefährlichen Bereichen zertifiziert.  Damit sind sie ideal für die Installation am Ausgang von Wasserstoffreinigungs- und -trocknungsanlagen geeignet, um sicherzustellen, dass das Gas den erforderlichen Spezifikationen entspricht.  Easidew-Transmitter basieren auf unserer robusten und bewährten Keramik-Metalloxid-Sensortechnologie, die eine hervorragende Genauigkeit von ±2 °Cdp über einen weiten Messbereich gewährleistet und gleichzeitig außergewöhnliche Ansprechraten und Langzeitstabilität bietet.    

Geräte wie das Easidew können in Verbindung mit unseren Sauerstoffsensoren und Fernanalysatoren eingesetzt werden und bieten OEMs und Endanwendern gleichermaßen zuverlässige, kostengünstige und vielseitige Lösungen für die Herausforderungen bei der Überwachung der Leistung, Effizienz und Sicherheit von Wasserstoff-Elektrolyseuren. 

Wir sind die weltweit führenden Experten in der Feuchteüberwachung und Taupunkt- und Gasmessung.  Wir verfügen über eine Reihe von Technologien, die von einem unübertroffenen technischen und Kundensupport unterstützt werden.  Wenn Sie mehr erfahren möchten, sprechen Sie noch heute mit einem unserer Anwendungsspezialisten. 

Quellen

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