Como medir e controlar a umidade em células de combustível de hidrogênio

Por que a medição do ponto de orvalho é fundamental para a qualidade do combustível de hidrogênio

A demanda por células de combustível de hidrogênio está evoluindo rapidamente.  De acordo com os analistas de pesquisa da Vision Research, o mercado parece destinado a atingir um valor líquido global de cerca de US$ 60 bilhões até 2030, um aumento de 60% CAGR.  A descarbonização do transporte em todas as suas formas é um dos principais focos, com desenvolvimentos em andamento para trens, navios, aviões e veículos rodoviários movidos a hidrogênio.  Os últimos - especialmente os veículos comerciais - são previstos pela consultoria de gestão McKinsey para representar uma das áreas de crescimento mais rápido, com a previsão de 850.000 caminhões pesados movidos a hidrogênio nas estradas europeias até 2035.  A consultoria estima que serão necessários pelo menos 4.800 postos de reabastecimento de hidrogênio em todo o continente. 

A adoção do hidrogênio como fonte de energia limpa é vital se quisermos descarbonizar e atingir as metas globais de zero líquido.  No entanto, há um debate considerável sobre os diferentes métodos de geração e distribuição de hidrogênio, pois eles variam em termos do nível de emissões de carbono que geram.  Igualmente importante, para que o combustível de hidrogênio seja aceito de forma geral, é a necessidade de garantir que o gás entregue no ponto de uso atenda aos mais altos padrões de qualidade e segurança e esteja livre de possíveis contaminantes - ninguém quer ver os veículos a hidrogênio falharem devido a combustível contaminado. 

Contaminação por hidrogênio

O hidrogênio pode ser produzido em estações centrais de geração, normalmente usando a reforma a vapor do metano, ou próximo ao ponto de uso, com eletrolisadores sendo usados para converter a energia química do hidrogênio para produzir eletricidade ou para gerar hidrogênio a partir da água para distribuição aos veículos.  Em cada caso, há riscos inerentes causados por contaminantes que incluem material particulado, gases residuais, como dióxido de carbono, nitrogênio e sulfeto de hidrogênio, e umidade.  Isso pode afetar a eficiência e a confiabilidade dos sistemas de geração - especialmente as células de combustível de troca de prótons - e a pureza do hidrogênio produzido.

Medição de umidade e ISO 14687-2

A água pode ser a matéria-prima essencial para a eletrólise, mas se o vapor de água for transportado para o gás hidrogênio, isso criará problemas significativos nos sistemas de distribuição, armazenamento e a bordo do veículo.  Por exemplo, ele pode se condensar e causar corrosão em superfícies metálicas, enquanto que, em baixas temperaturas, pode congelar e bloquear tubos e válvulas em sistemas de distribuição ou afetar a operação de compressores e as funções de unidades de tanques de veículos a bordo e componentes de células de combustível.  Na forma de aerossol, ele também pode atuar como meio de transporte para impurezas solúveis em água e como solvente para elementos como sódio, potássio e cálcio. 

As estações de geração de hidrogênio ou de reabastecimento normalmente incorporam unidades de secagem de gás, juntamente com o potencial de medição de umidade ou sensores de monitoramento do ponto de orvalho.  Eles são essenciais para garantir que a pureza do gás seja mantida em um nível predeterminado e para atender às necessidades dos operadores de infraestrutura e reabastecimento.  Na Europa, isso é atualmente especificado como parte da norma ISO 14687-2, que estabelece que a concentração máxima permitida de água no hidrogênio usado para veículos rodoviários e produzido a partir de células de combustível de membrana de eletrólito polimérico (PEMFC) não deve exceder 5 μmol mol-1 no bocal do distribuidor. 

Tecnologia de medição do ponto de orvalho

Medir o ponto de orvalho da umidade de forma precisa e consistente em células de combustível de hidrogênio e estações de reabastecimento nem sempre é simples.  A complexidade dos sistemas, a variação das pressões e temperaturas de operação e a evolução de equipamentos de geração novos e comercialmente viáveis impõem demandas consideráveis ao desempenho, à precisão e à consistência dos instrumentos de monitoramento e medição do ponto de orvalho. 

Dispositivos como os Transmissores de ponto de orvalho Easidew da Michell Instruments foram desenvolvidos para atender às necessidades de aplicações exigentes e são amplamente utilizados em redes tradicionais de processamento e distribuição de gás natural comprimido.

Os transmissores Easidew mais recentes são intrinsecamente seguros, com classificações ATEX e IECEx, e podem ser usados opcionalmente em pressões operacionais de até 52,5 MPa (525 Barg).  A Michell tem o conhecimento e a capacidade de projeto para trabalhar com pressões ultra-altas e pressões qualificadas além de 100 MPa (1000 Barg). Isso torna o Easidew ideal para estações de reabastecimento de hidrogênio, onde pode ser instalado on-line, entre os estágios de secagem e compressão final, para medir a qualidade do gás imediatamente antes de ser dispensado.  Ele também é extremamente preciso, repetível, robusto, compacto e fácil de instalar, e conta com o suporte de uma ampla gama de serviços técnicos, de aplicação e de recalibração.   

A importância da garantia da qualidade do hidrogênio

O uso dos transmissores de ponto de orvalho Easidew e dos analisadores de alto desempenho da Michell Instruments é essencial para o controle eficaz da qualidade do hidrogênio em todos os estágios de produção, distribuição e uso.  Esses instrumentos garantem a eficiência, a consistência e a confiabilidade da produção.  Tão importante quanto isso, eles também proporcionam a segurança e a tranquilidade essenciais para garantir a ampla aceitação comercial e do consumidor do hidrogênio como o combustível do futuro. 

Com mais de 45 anos de experiência no desenvolvimento de instrumentos de precisão inovadores, somos especialistas em medições de ponto de orvalho e de gás para todas as aplicações de hidrogênio. Se quiser discutir seus requisitos, contate nossa equipe hoje mesmo.

Fontes

Relatórios de pesquisa da Vision

McKinsey & Company

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