Comment mesurer et contrôler l'humidité dans les piles à hydrogène

Pourquoi la mesure du point de rosée est essentielle à la qualité de l'hydrogène carburant

La demande de piles à hydrogène évolue rapidement.  Selon les analystes de recherche Vision Research, le marché devrait atteindre une valeur nette mondiale d'environ 60 milliards de dollars d'ici à 2030, soit une augmentation de 60 % du taux de croissance annuel moyen (TCAC).  La décarbonisation du transport sous toutes ses formes est un objectif clé, avec des développements en cours pour les trains, les navires, les avions et les véhicules routiers alimentés à l'hydrogène.  Selon le cabinet de conseil McKinsey, ces derniers - en particulier les véhicules commerciaux - devraient connaître l'une des croissances les plus rapides, avec 850 000 poids lourds alimentés à l'hydrogène sur les routes européennes d'ici à 2035.  Le cabinet de conseil estime que ces véhicules nécessiteront au moins 4 800 stations de ravitaillement en hydrogène sur le continent. 

L'adoption de l'hydrogène comme source d'énergie propre est vitale si nous voulons décarboniser et atteindre les objectifs de zéro net au niveau mondial.  Cependant, les différentes méthodes de production et de distribution de l'hydrogène font l'objet d'un débat considérable, car elles varient en termes de niveau d'émissions de carbone qu'elles génèrent.  Il est tout aussi important, si l'on veut que le carburant hydrogène soit généralement accepté, de veiller à ce que le gaz livré au point d'utilisation réponde aux normes de qualité et de sécurité les plus strictes et soit exempt de contaminants potentiels - personne ne souhaite voir des véhicules à hydrogène tomber en panne à cause d'un carburant contaminé. 

Contamination par l'hydrogène

L'hydrogène peut être produit soit dans des centrales, généralement par reformage du méthane à la vapeur, soit à proximité du point d'utilisation, les électrolyseurs étant utilisés soit pour convertir l'énergie chimique de l'hydrogène en électricité, soit pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau afin de le distribuer aux véhicules.  Dans chaque cas, il existe des risques inhérents causés par des contaminants tels que les particules, les gaz à l'état de traces comme le dioxyde de carbone, l'azote et le sulfure d'hydrogène, ainsi que l'humidité.  Ces contaminants peuvent affecter l'efficacité et la fiabilité des systèmes de production - en particulier les piles à combustible à échange de protons - et la pureté de l'hydrogène produit.

Mesure de l'humidité et ISO 14687-2

L'eau peut être la matière première critique pour l'électrolyse, mais si la vapeur d'eau est entraînée dans l'hydrogène gazeux, elle créera des problèmes importants, au sein des systèmes de distribution, de stockage et à bord des véhicules.  Par exemple, elle peut se condenser et provoquer la corrosion des surfaces métalliques, tandis qu'à basse température, elle peut geler et bloquer les tuyaux et les vannes dans les systèmes de distribution ou affecter le fonctionnement des compresseurs et les fonctions des unités de réservoir des véhicules embarqués et des composants des piles à combustible.  Sous forme d'aérosol, il peut également servir de moyen de transport pour les impuretés solubles dans l'eau et de solvant pour des éléments tels que le sodium, le potassium et le calcium. 

Les stations de production d'hydrogène ou de ravitaillement intègrent normalement des unités de séchage des gaz, ainsi que la possibilité de mesurer l'humidité, ou le point de rosée, des capteurs de surveillance.  Ces éléments sont essentiels pour garantir le maintien de la pureté du gaz à un niveau prédéterminé, et pour répondre aux besoins des opérateurs d'infrastructures et de ravitaillement.  En Europe, cela est actuellement spécifié dans le cadre de la norme ISO 14687-2, qui stipule que la concentration maximale admissible d'eau dans l'hydrogène utilisé pour les véhicules routiers et produit à partir de piles à combustible à membrane électrolyte polymère (PEMFC) ne doit pas dépasser 5 μmol mol-1 au niveau de la buse du distributeur. 

Technologie de mesure du point de rosée

Mesurer le point de rosée de l'humidité avec précision et constance dans les piles à combustible à hydrogène et les stations de ravitaillement n'est pas toujours simple.  La complexité des systèmes, les pressions et températures de fonctionnement variables et l'évolution des équipements de production nouveaux et commercialement viables imposent des exigences considérables en matière de performance, de précision et de cohérence des instruments de surveillance et de mesure du point de rosée. 

Des applications telles que les transmetteurs de point de rosée Easidew de Michell Instruments ont été développées pour répondre aux besoins d'applications exigeantes et sont largement utilisées dans les réseaux traditionnels de traitement et de distribution de gaz naturel comprimé.

Les derniers transmetteurs Easidew sont à sécurité intrinsèque, avec des classements ATEX et IECEx, et peuvent être utilisés en option à des pressions de fonctionnement allant jusqu'à 52,5 MPa (525 Barg).  Michell possède les connaissances et les capacités de conception nécessaires pour travailler avec des pressions ultra-hautes et des pressions qualifiées supérieures à 100 MPa (1000 Barg). L'Easidew est donc idéal pour les stations de ravitaillement en hydrogène, où il peut être installé en ligne, entre les étapes de séchage et de compression finale, pour mesurer la qualité du gaz immédiatement avant qu'il ne soit distribué.  Il est également extrêmement précis, répétable, robuste, compact et facile à installer, et bénéficie d'une gamme complète de services techniques, d'application et de réétalonnage.   

L'importance de l'assurance qualité de l'hydrogène

L'utilisation des transmetteurs de point de rosée Easidew et des analyseurs haute performance de Michell Instruments est essentielle pour un contrôle efficace de la qualité de l'hydrogène à tous les stades de la production, de la distribution et de l'utilisation.  Ces instruments garantissent l'efficacité, la cohérence et la fiabilité de la production.  Tout aussi important, ils apportent également la sécurité et la tranquillité d'esprit qui sont essentielles pour garantir l'acceptation commerciale généralisée et l'acceptation par les consommateurs de l'hydrogène en tant que carburant de l'avenir. 

Avec plus de 45 ans d'expérience dans le développement d'instruments de précision innovants, nous sommes les experts des applications en matière de mesure du point de rosée et des gaz pour toutes les applications liées à l'hydrogène. Si vous souhaitez discuter de vos besoins, veuillez contacter notre équipe aujourd'hui.

Sources

Vision Research Reports

McKinsey & Company

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Transmetteurs de point de rosée industriels, capteurs de point de rosée et systèmes d'échantillonnage de l'humidité à l'état de traces