Cómo medir y controlar la humedad en las pilas de combustible de hidrógeno

Por qué la medición del punto de rocío es clave para la calidad del combustible de hidrógeno

La demanda de pilas de combustible de hidrógeno evoluciona rápidamente.  Según los analistas de investigación Vision Research, parece que el mercado alcanzará un valor neto mundial de unos 60.000 millones de dólares en 2030, lo que supone un aumento del 60 % CAGR.  La descarbonización del transporte en todas sus formas es un objetivo clave, con desarrollos en curso para trenes, barcos, aviones y vehículos de carretera propulsados por hidrógeno.  La consultora McKinsey prevé que estos últimos, especialmente los vehículos comerciales, representen una de las áreas de crecimiento más rápido, con 850.000 camiones pesados propulsados por hidrógeno en las carreteras europeas en 2035.  La consultora calcula que se necesitarán al menos 4.800 estaciones de repostaje de hidrógeno en todo el continente. 

La adopción del hidrógeno como fuente de energía limpia es vital si queremos descarbonizar y alcanzar los objetivos globales de cero emisiones netas.  Sin embargo, existe un debate considerable sobre los distintos métodos de generación y distribución de hidrógeno, ya que varían en cuanto al nivel de emisiones de carbono que generan.  Igualmente importante, para que el hidrógeno sea aceptado por todos, es garantizar que el gas suministrado al punto de uso cumpla las normas más estrictas de calidad y seguridad y esté libre de posibles contaminantes: nadie quiere que los vehículos de hidrógeno fallen por culpa de un combustible contaminado. 

Contaminación por hidrógeno

El hidrógeno puede producirse en estaciones centrales de generación, normalmente mediante reformado con vapor de metano, o cerca del punto de uso, con electrolizadores que se utilizan bien para convertir la energía química del hidrógeno en electricidad, bien para generar hidrógeno a partir del agua para su distribución a los vehículos.  En cada caso, existen riesgos inherentes causados por contaminantes que incluyen partículas, trazas de gases como el dióxido de carbono, el nitrógeno y el sulfuro de hidrógeno, y la humedad.  Estos contaminantes pueden afectar a la eficacia y fiabilidad de los sistemas de generación -en particular, las pilas de combustible de intercambio protónico- y a la pureza del hidrógeno producido.

Medición de la humedad e ISO 14687-2

Puede que el agua sea la materia prima fundamental para la electrólisis, pero si el vapor de agua pasa al hidrógeno gaseoso creará problemas importantes en los sistemas de distribución, almacenamiento y a bordo de los vehículos.  Por ejemplo, puede condensarse y causar corrosión en las superficies metálicas, mientras que a bajas temperaturas puede congelarse y bloquear tuberías y válvulas en los sistemas de distribución o afectar al funcionamiento de los compresores y a las funciones de las unidades de los depósitos de los vehículos de a bordo y de los componentes de las pilas de combustible.  En forma de aerosol, también puede actuar como medio de transporte de impurezas solubles en agua y como disolvente de elementos como el sodio, el potasio y el calcio. 

Las estaciones de generación o repostaje de hidrógeno suelen incorporar unidades de secado de gas, junto con la posibilidad de medir la humedad, o sensores de control del punto de rocío.  Son esenciales para garantizar que la pureza del gas se mantiene en un nivel predeterminado y para satisfacer las necesidades de los operadores de infraestructuras y de repostaje.  En Europa, esto se especifica actualmente como parte de la norma ISO 14687-2, que establece que la concentración máxima admisible de agua en el hidrógeno utilizado para vehículos de carretera y producido a partir de pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEMFC) no debe superar los 5 μmol mol-1 en la boquilla del surtidor. 

Tecnología de medición del punto de rocío

Medir el punto de rocío de humedad de forma precisa y consistente en pilas de combustible de hidrógeno y estaciones de repostaje no siempre es sencillo.  La complejidad de los sistemas, las presiones y temperaturas de funcionamiento variables y la evolución de equipos de generación nuevos y comercialmente viables imponen exigencias considerables al rendimiento, la precisión y la coherencia de los instrumentos de control y medición del punto de rocío. 

Dispositivos como los Transmisores de punto de rocío Easidew de Michell Instruments se han desarrollado para satisfacer las necesidades de aplicaciones exigentes y se utilizan ampliamente en las redes tradicionales de procesamiento y distribución de gas natural comprimido.

Los últimos transmisores Easidew son intrínsecamente seguros, con clasificación ATEX e IECEx, y pueden utilizarse opcionalmente a presiones de funcionamiento de hasta 52,5 MPa (525 Barg).  Michell tiene los conocimientos de diseño y la capacidad para trabajar con presiones ultra altas y presiones cualificadas superiores a 100 MPa (1000 Barg). Esto hace que el Easidew sea ideal en estaciones de repostaje de hidrógeno, donde puede instalarse en línea, entre las etapas de secado y compresión final, para medir la calidad del gas inmediatamente antes de que se dispense.  Además, es extremadamente preciso, repetible, robusto, compacto y fácil de instalar, y está respaldado por una amplia gama de servicios técnicos, de aplicación y de recalibración.   

La importancia de garantizar la calidad del hidrógeno

El uso de Transmisores de Punto de rocío Easidew y analizadores de alto rendimiento de Michell Instruments es esencial para un control eficaz de la calidad del hidrógeno en todas las fases de producción, distribución y uso.  Estos instrumentos garantizan la eficiencia, la coherencia y la fiabilidad de la producción.  Y lo que es igual de importante, también proporcionan la seguridad y tranquilidad esenciales para garantizar la amplia aceptación comercial y por parte de los consumidores del hidrógeno como combustible del futuro. 

Con más de 45 años de experiencia en el desarrollo de instrumentos de precisión innovadores, somos expertos en aplicaciones de medición del punto de rocío y de gases para todas las aplicaciones de hidrógeno. Si desea analizar sus necesidades, póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo.

Fuentes

Informes de investigación de Vision

McKinsey & Company

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