Tecnología de medición segura para aplicaciones de hidrógeno: ¿en qué consiste?

El hidrógeno es extremadamente volátil y tiene el tamaño molecular más pequeño de todos. Esto le permite difundirse a través de muchos materiales, por lo que requiere juntas especiales y tecnologías de sensores. Además, el hidrógeno a menudo se almacena y transporta en condiciones extremas, ya sea bajo una elevada presión en depósitos de almacenamiento o de forma licuada a temperaturas criogénicas. Los instrumentos de medición de presión y los sensores de nivel modernos permiten una monitorización precisa de estos procesos y contribuyen a un uso seguro y eficiente del hidrógeno en toda la cadena de valor.

El hidrógeno se produce de diferentes maneras y la tecnología de medición desempeña un papel central en todos los procesos.

Reformado con vapor: el método convencional
Actualmente, la mayor parte del hidrógeno que se produce en todo el mundo se obtiene reformando con vapor el gas natural. El metano reacciona con vapor a temperaturas de alrededor de 800 °C, produciendo hidrógeno y dióxido de carbono. Este proceso es un método consolidado, pero genera importantes emisiones de CO₂: se denomina «hidrógeno gris». Si el CO₂ se captura y se almacena o se utiliza, se denomina «hidrógeno azul».

Electrólisis: la alternativa respetuosa con el medioambiente
La electrólisis se utiliza cada vez más para producir «hidrógeno verde» neutro desde el punto de vista climático. En este proceso, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno mediante electricidad procedente de fuentes renovables (por ejemplo, eólica, fotovoltaica, hidroeléctrica). Los requisitos técnicos varían según el procedimiento:

• Electrólisis alcalina (ELA): funciona con una solución de hidróxido de potasio como electrolito y requiere unas condiciones de funcionamiento constantes.
• Electrólisis PEM: utiliza una membrana de polímero y permite cambios rápidos de la carga, lo que la hace adecuada para la fluctuación de las fuentes de energía renovables.
• Electrólisis de alta temperatura (SOEC): logra un coeficiente de rendimiento muy elevado a través de unas temperaturas de funcionamiento superiores a 1000 °C.

En todos los procesos de electrólisis, las mediciones precisas del nivel para el almacenamiento de electrolitos, la monitorización de la presión en conductos de gas y la detección de nivel son esenciales para garantizar unas condiciones de funcionamiento estables.

Dado que el hidrógeno gaseoso tiene una baja densidad energética, requiere soluciones eficientes para su almacenamiento y transporte. La elección del método adecuado depende de factores como la ruta de transporte, la eficiencia y los requisitos de seguridad.

Almacenamiento presurizado
El método de almacenamiento más común es la compresión en depósitos presurizados. El hidrógeno se comprime hasta 700 bares y se almacena en depósitos especiales fabricados con materiales de alto rendimiento. Esta tecnología se utiliza, por ejemplo, en vehículos con pila de combustible.
Los principales desafíos técnicos en el almacenamiento presurizado incluyen una medición precisa de la presión para evitar estados de sobrepresión o de vacío, y controlar la difusión de hidrógeno, que puede provocar fugas a largo plazo. Los sensores de alta presión utilizados en este caso deben ser resistentes a la fragilización.

Licuación
Para transportar eficientemente grandes cantidades de hidrógeno, el gas se enfría a temperaturas de -240 a -253 °C y se licúa. Esto reduce considerablemente el volumen, pero es un proceso que consume mucha energía, ya que se necesita aproximadamente un tercio de la energía almacenada para la refrigeración. Las temperaturas extremadamente bajas imponen unas exigencias especiales a los sensores de presión utilizados. Además, los depósitos criogénicos altamente aislados utilizados para este propósito deben enfriarse y monitorizarse continuamente para minimizar las pérdidas por evaporación.

Almacenamiento de productos químicos
Una alternativa prometedora es la unión química del hidrógeno en sustancias portadoras como el amoníaco (NH₃) o el metanol. Dichas sustancias pueden transportarse mediante la infraestructura existente y volver a convertirse de nuevo en hidrógeno cuando sea necesario. Aquí también es esencial contar con unos sensores de presión y unas mediciones de nivel fiables para garantizar un almacenamiento y una distribución eficientes.

Debido a su elevada difusividad, el hidrógeno plantea unos requisitos especiales a la tecnología de medición. Los sensores con celdas de medición recubiertas de oro ofrecen una protección eficaz contra la penetración de moléculas de hidrógeno y garantizan unas mediciones estables a largo plazo.
La fragilización por absorción de hidrógeno de los componentes metálicos también requiere unos materiales robustos como el acero inoxidable 316L o recubrimientos especiales. VEGA también apuesta por conexiones de alta presión resistentes a la difusión para garantizar que los sensores funcionen de forma fiable incluso en condiciones extremas.

VEGA ofrece sensores especialmente desarrollados para satisfacer los requisitos extremos de los sistemas de hidrógeno:

• VEGABAR 83: con una celda de medición de galgas extensométricas secas, este instrumento permite realizar mediciones de presión estables a largo plazo en presiones de proceso extremas de hasta 1000 bares.
• VEGABAR 82: con una celda de medición cerámica sin aceite, este sensor ofrece una medición fiable del hidrógeno gaseoso. Además, la celda de medición es resistente a productos agresivos como el hidróxido de potasio, que se utiliza en la electrólisis. 
• Serie VEGAFLEX: mediciones de nivel fiables incluso en aplicaciones con una baja constante dieléctrica.
• VEGAPULS 6X: medición de nivel radar de alta precisión, por ejemplo, para la medición de electrolitos en la producción de hidrógeno.
• Sensores BASIC: para aplicaciones menos exigentes, VEGA ofrece los sensores BASIC, que permiten unas mediciones fiables y económicas de la presión y el nivel en aplicaciones de hidrógeno.

La economía de hidrógeno está creciendo rápidamente y, con ella, la demanda de una tecnología de medición de hidrógeno fiable. Ya sea en la producción, el transporte o el almacenamiento: los instrumentos de medición de presión altamente precisos y los sensores de nivel son esenciales para un uso eficiente y seguro del hidrógeno.
VEGA ofrece soluciones a medida con celdas de medición metálicas o cerámicas, conexiones protegidas contra la difusión y sensores de alta presión desarrollados especialmente para los requisitos extremos de las aplicaciones de hidrógeno. De esta manera, el hidrógeno se podrá utilizar de forma óptima y segura como la fuente de energía del futuro.