Como garantir a segurança e a qualidade do gás dos eletrolisadores de hidrogênio

Gerenciando um mercado em expansão

A demanda por hidrogênio como fonte de energia de emissão zero, ou para uso em processos industriais, está crescendo. A AIE (Autoridade Internacional de Energia) estima que a demanda poderá aumentar de apenas 9 Mt em 2020 para bem mais de 100 Mt até 2030, com a capacidade global de eletrolisadores, que são necessários para produzir hidrogênio, aumentando de 300 MW em 2021 para cerca de 34 GW em 2030.

Esses números estão refletidos em um artigo recente da revista Recharge, que relatou descobertas da Aurora Energy Research prevendo um crescimento de "mil vezes" no mercado de eletrolisadores de hidrogênio até 2040. Em um relatório posterior, no entanto, a Aurora advertiu que, apesar desse crescimento dramático no mercado, levará algum tempo até que o custo do hidrogênio verde produzido por eletrólise atinja a paridade com o do hidrogênio azul (produzido a partir do metano). A Aurora concluiu que isso só será alcançado quando os modelos tarifários e regulatórios adequados estiverem em vigor.  

Qual eletrolisador devo escolher?

Os eletrolisadores de hidrogênio atualmente em uso comercial são dispositivos de membrana de troca de prótons (PEM) ou alcalinos. Os eletrolisadores PEM são os mais comuns, representando cerca de 80% da base instalada. Um terceiro tipo, baseado em células eletrolíticas de óxido sólido (SOEC), foi desenvolvido com sucesso e está em fase de projeto piloto. Sua entrada em produção está prevista para 2024.

Dois dos principais problemas associados à eletrólise são o uso da água, que em muitos países está se tornando cada vez mais escassa, e a demanda por eletricidade. Essa última pode ser problemática se for produzida com o uso de combustíveis fósseis, o que torna o eletrolisador ideal - verdadeiramente verde - aquele que está localizado junto a um parque eólico ou a um local de energia solar.

Independentemente do tipo de eletrolisador e de sua fonte de energia, é essencial que o sistema completo - desde o tratamento inicial da água e a retificação de alta tensão até a compressão ou o armazenamento de gás - seja operado com segurança e eficiência, e que o gás hidrogênio produzido atenda aos padrões de qualidade exigidos para uso posterior. 

Assegurando uma operação eficaz e segura

A chave para a segurança, a eficiência e a qualidade do gás dos eletrolisadores é o uso de sensores avançados e instrumentos de monitoramento.

Estes incluem:

Sensores de nível de líquido na água e, no caso de eletrolisadores alcalinos, nos tanques de soda cáustica.

A confiabilidade e a precisão de cada um desses dispositivos são claramente essenciais para garantir a operação eficaz e segura de cada eletrolisador. Vale destacar os sensores de umidade, que são essenciais para otimizar a operação dos sistemas de secagem. Sua função é fundamental para a qualidade da desidratação do hidrogênio produzido pela eletrólise, que é saturado com vapor de água. 

Os secadores são normalmente baseados no método de adsorção por oscilação de pressão (PSA). Várias colunas dessecantes são usadas para adsorver a umidade do gás à medida que ele passa pelo dessecante, com colunas regeneradas automaticamente quando o teor de umidade do dessecante atinge um nível predeterminado. Como a secagem do gás e a regeneração do dessecante são processos que consomem muita energia, a medição precisa do teor de umidade é fundamental para manter a qualidade do gás e minimizar o consumo de energia. A medição precisa da umidade na saída da alimentação de hidrogênio também é crucial se o gás precisar de compressão antes do uso ou da distribuição. Isso protegerá o equipamento e a tubulação a jusante do risco de corrosão.

Da mesma forma, as leituras dos sensores de oxigênio e hidrogênio são usadas para garantir que a pureza dos diferentes fluxos de gás do eletrolisador, tanto úmido quanto seco, seja medida em termos de partes por milhão (ppm). Esses sensores também são usados em sistemas de detecção de vazamentos em cada célula do eletrolisador e para medir a concentração de oxigênio no fluxo de hidrogênio a jusante do eletrolisador, evitando o risco potencial de explosão. Para maior tranquilidade, esses dispositivos também devem ser projetados e aprovados de acordo com os padrões SIL.

Especificar, ajustar e operar esses diferentes sensores requer conhecimento especializado, e é por isso que é importante trabalhar com um fornecedor experiente. Na Process Sensing Technologies, temos o conhecimento, as habilidades e os recursos necessários porque temos décadas de experiência na fabricação de instrumentação e sistemas avançados de gás e umidade.

Se quiser que o ajudemos a desenvolver instrumentos de monitoramento eficientes, seguros e de alto desempenho para eletrolisadores de hidrogênio, contate nossa equipe hoje mesmo.

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Fontes:

Relatório de hidrogênio da IEA

Artigo da revista Recharge