Come misurare e controllare l'umidità nelle celle a combustibile a idrogeno

Perché la misurazione del punto di rugiada è fondamentale per la qualità del carburante a idrogeno

La domanda di celle a combustibile a idrogeno è in rapida evoluzione.  Secondo gli analisti di Vision Research, il mercato sembra destinato a raggiungere un valore netto globale di circa 60 miliardi di dollari entro il 2030, con un incremento del 60% in termini di CAGR.  La decarbonizzazione dei trasporti in tutte le sue forme è un obiettivo chiave, con sviluppi in corso per treni, navi, aerei e veicoli stradali alimentati a idrogeno.  Secondo la società di consulenza McKinsey, questi ultimi, in particolare i veicoli commerciali, rappresenteranno una delle aree di crescita più rapida, con 850.000 autocarri pesanti alimentati a idrogeno in circolazione sulle strade europee entro il 2035.  La società di consulenza stima che questi richiederanno almeno 4.800 stazioni di rifornimento di idrogeno in tutto il continente. 

L'adozione dell'idrogeno come fonte di energia pulita è fondamentale se vogliamo decarbonizzare e raggiungere gli obiettivi globali di zero.  Tuttavia, vi è un notevole dibattito sui diversi metodi di generazione e distribuzione dell'idrogeno, che variano in termini di livello di emissioni di carbonio generate.  Altrettanto importante, se si vuole che l'idrogeno sia generalmente accettato, è la necessità di garantire che il gas consegnato al punto di utilizzo soddisfi i più alti standard di qualità e sicurezza e sia privo di potenziali contaminanti: nessuno vuole vedere i veicoli a idrogeno fallire a causa del carburante contaminato. 

Contaminazione da idrogeno

L'idrogeno può essere prodotto in centrali di generazione, tipicamente utilizzando il reforming a vapore del metano, o vicino al punto di utilizzo, con elettrolizzatori utilizzati per convertire l'energia chimica dell'idrogeno in elettricità o per generare idrogeno dall'acqua da distribuire ai veicoli.  In ogni caso, esistono rischi intrinseci causati da contaminanti che includono particolato, tracce di gas come anidride carbonica, azoto e idrogeno solforato e umidità.  Questi possono influire sull'efficienza e sull'affidabilità dei sistemi di generazione - in particolare delle celle a combustibile a scambio protonico - e sulla purezza dell'idrogeno prodotto.

Misurazione dell'umidità e ISO 14687-2

L'acqua può essere la materia prima fondamentale per l'elettrolisi, ma se il vapore acqueo viene trasportato nell'idrogeno gassoso creerà problemi significativi, all'interno dei sistemi di distribuzione, stoccaggio e a bordo dei veicoli.  Ad esempio, può condensare e causare la corrosione delle superfici metalliche, mentre a basse temperature può congelare e bloccare tubi e valvole nei sistemi di distribuzione o compromettere il funzionamento dei compressori e le funzioni dei serbatoi dei veicoli a bordo e dei componenti delle celle a combustibile.  In forma di aerosol può anche agire come mezzo di trasporto per le impurità solubili in acqua e come solvente per elementi come sodio, potassio e calcio. 

Le stazioni di generazione o di rifornimento dell'idrogeno normalmente incorporano unità di essiccazione del gas, insieme a sensori di misurazione dell'umidità o di monitoraggio del punto di rugiada.  Questi sono essenziali per garantire che la purezza del gas sia mantenuta a un livello predeterminato e per soddisfare le esigenze degli operatori dell'infrastruttura e del rifornimento.  In Europa, questo è attualmente specificato come parte della norma ISO 14687-2, che stabilisce che la concentrazione massima ammissibile di acqua nell'idrogeno utilizzato per i veicoli stradali e prodotto da celle a combustibile a membrana con elettrolita polimerico (PEMFC) non deve superare i 5 μmol mol-1 all'ugello di erogazione. 

Tecnologia di misurazione del punto di rugiada

Misurare il punto di rugiada dell'umidità in modo accurato e costante nelle celle a combustibile a idrogeno e nelle stazioni di rifornimento non è sempre semplice.  La complessità dei sistemi, le diverse pressioni e temperature di esercizio e l'evoluzione delle apparecchiature di generazione nuove e commercialmente valide pongono requisiti considerevoli in termini di prestazioni, accuratezza e coerenza degli strumenti di monitoraggio e misurazione del punto di rugiada. 

Dispositivi come Michell Instruments Trasmettitori del punto di rugiada Easidew sono stati sviluppati per soddisfare le esigenze delle applicazioni più complesse e sono ampiamente utilizzati nelle reti tradizionali di trattamento e distribuzione del gas naturale compresso.

I più recenti trasmettitori Easidew sono a sicurezza intrinseca, con classificazione ATEX e IECEx, e possono essere utilizzati opzionalmente a pressioni operative fino a 52,5 MPa (525 Barg).  Michell ha la conoscenza della progettazione e la capacità di lavorare con pressioni ultra-elevate e pressioni qualificate oltre i 100 MPa (1000 Barg). Ciò rende Easidew ideale per le stazioni di rifornimento di idrogeno, dove può essere installato in linea, tra le fasi di essiccazione e compressione finale, per misurare la qualità del gas immediatamente prima dell'erogazione.  È inoltre estremamente preciso, ripetibile, robusto, compatto e facile da installare, ed è supportato da una gamma completa di servizi tecnici, applicativi e di ricalibrazione.   

L'importanza dell'assicurazione della qualità dell'idrogeno

L'uso dei trasmettitori del punto di rugiada Easidew e degli analizzatori ad alte prestazioni di Michell Instruments è essenziale per un controllo efficace della qualità dell'idrogeno in tutte le fasi della produzione, della distribuzione e dell'utilizzo.  Questi strumenti assicurano efficienza, coerenza e affidabilità della produzione.  E, cosa altrettanto importante, forniscono anche la sicurezza e la tranquillità che sono essenziali per garantire l'ampia accettazione commerciale e dei consumatori dell'idrogeno come carburante del futuro. 

Con oltre 45 anni di esperienza nello sviluppo di strumenti di precisione innovativi, siamo gli esperti di applicazioni per la misurazione del punto di rugiada e dei gas per tutte le applicazioni dell'idrogeno. Se desiderate discutere le vostre esigenze, vi invitiamo a contattare il nostro team oggi stesso.

Fonti

Vision Research Reports

McKinsey & Company

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