Bezpieczna aparatura pomiarowa dla gospodarki wodorowej Co jest istotne?

Wodór jest niezwykle lotny i najmniejszy rozmiar cząsteczek ze wszystkich. Na skutek tego może przenikać przez wiele materiałów i wymaga specjalnych uszczelnień i techniki pomiaru. Ponadto wodór jest często przechowywany i transportowany w ekstremalnych warunkach – czy to pod wysokim ciśnieniem w zbiornikach magazynowych, czy w postaci skroplonej w temperaturach kriogenicznych. Nowoczesne urządzenia do pomiaru ciśnienia i poziomu umożliwiają precyzyjne monitorowanie tych procesów i przyczyniają się do bezpiecznego i wydajnego wykorzystania wodoru w całym łańcuchu wartości.

Wodór jest produkowany na różne sposoby, lecz technika pomiarowa odgrywa kluczową rolę we wszystkich procesach.

Reforming parowy – metoda konwencjonalna
Obecnie większość wodoru produkowanego na świecie jest pozyskiwana metodą reformingu parowego z ropy. W tym procesie metan wchodzi w reakcję w parę wodną w temperaturze około 800°C, w wyniku czego powstaje wodór i dwutlenek węgla. Proces ten jest rozpowszechniony, powoduje jednak emisję znacznych ilości CO₂ do atmosfery – mówimy wówczas o „szarym wodorze“. Jeżeli CO₂ zostaje wychwytane i zmagazynowane lub wykorzystane, mówimy o „niebieskim wodorze“.

Elektroliza – alternatywa przyjazna dla klimatu
Aby wyprodukować neutralny klimatycznie "zielony wodór", coraz częściej wykorzystuje się metodę elektrolizy. Za pomocą prądu elektrycznego ze źródeł odnawialnych (np. elektrownie wiatrowe, hydroelektrownie) woda rozkładana jest na wodór i tlen. W zależności od technologii wymogi techniczne są różne:

• Elektroliza alkaliczna (AEL): Jako elektrolit wykorzystywany jest ług potasowy, konieczne są stabilne warunki robocze.
• Elektroliza PEM: Wykorzystuje membranę polimerową i pozwala na szybkie zmiany obciążenia, dzięki czemu dobrze nadaje się do zmiennych źródeł energii odnawialnej.
• Elektroliza wysokotemperaturowa (SOEC): Poprzez temperatury robocze ponad 1000 °C uzyskuje się wyjątkowo dużą wydajność.

We wszystkich technologiach opartych na elektrolizie kluczową rolę odgrywają pomiary poziomu napełnienia dla magazynowania elektrolitu, nadzór ciśnienia w przewodach gazowych oraz sygnalizacja poziomu granicznego w celu zapewnienia stabilnych warunków eksploatacyjnych.

Ponieważ gazowy wodór ma niską gęstość energii, jego magazynowanie i transport muszą być niezwykle efektywne. Wybór odpowiedniej metody zależy od czynników, takich jak trasa, wydajność i wymogi bezpieczeństwa podczas transportu.

Magazynowanie pod ciśnieniem
Najczęściej stosowaną metodą magazynowania jest sprężanie w zbiorniku ciśnieniowym. Wodór jest przy tym sprężany do 700 bar i magazynowany w specjalnych zbiornikach wykonanych z wysokiej jakości materiałów. Technologia ta znajduje zastosowanie między innymi w pojazdach napędzanych ogniwami paliwowymi.
Główne wyzwania techniczne związane z magazynowaniem pod ciśnieniem obejmują precyzyjne pomiary ciśnienia w celu uniknięcia nadciśnienia lub podciśnienia oraz kontrolę dyfuzji wodoru, która może później prowadzić do wycieków. Zastosowane sondy wysokociśnieniowe muszą być odporne na kruchość wodorową.

Skraplanie
Aby móc efektywnie transportować większe ilości wodoru, gaz jest schładzany do temperatury od -240 do -253 °C, a następnie skraplany. Przyczynia się to do znacznej redukcji objętości, lecz jest procesem wykorzystującym duże ilości energii, w którym około jednej trzeciej zmagazynowanej energii zużywane jest na chłodzenie. Ekstremalnie niskie temperatury stawiają szczególne wymagania przed stosowanymi przetwornikami ciśnienia. Ponadto wysoce izolowane zbiorniki kriogeniczne wykorzystywane do tego celu muszą być stale chłodzone i monitorowane w celu zminimalizowania strat związanych z parowaniem.

Magazynowanie chemiczne
Obiecującą alternatywą jest chemiczne wiązanie wodoru w nośnikach takich jak amoniak (NH₃) lub metanol. Mogą one być transportowane z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury i w razie potrzeby ponownie przetwarzane na wodór. Również w tym przypadku niezawodne przetworniki ciśnienia i sondy do pomiaru poziomu odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu wydajnego magazynowania i dystrybucji.

Wysoka dyfuzyjność wodoru jest dla techniki pomiarowej dużym wyzwaniem. Sondy z celami pomiarowymi pokrytymi złotem oferują skuteczną ochronę przed przenikaniem cząsteczek wodoru i zapewniają stabilny pomiar przez cały czas.
Kruchość wodorowa elementów metalowych również wymaga zastosowania wytrzymałych materiałów, takich jak stal nierdzewna 316L, lub specjalnych powłok. VEGA wykorzystuje ponadto szczelne dyfuzyjnie przyłącza wysokociśnieniowe, aby sondy niezawodnie pracowały również w ekstremalnych warunkach.

VEGA oferuje specjalnie opracowane sondy, które spełniają wysokie wymagania systemów wodorowych:

• VEGABAR 83: Dzięki suchej tensometrycznej celi pomiarowej, urządzenie to umożliwia długoterminowe stabilne pomiary ciśnienia przy skrajnych ciśnieniach procesowych do 1000 barów.
• VEGABAR 82: Dzięki bezolejowej, ceramicznej celi pomiarowej sonda ta zapewnia niezawodny pomiar wodoru w postaci gazowej. Ogniwo pomiarowe jest również odporne na agresywne media, takie jak roztwór wodorotlenku potasu, który jest stosowany w elektrolizie. 
• Seria VEGAFLEX: Niezawodne pomiary poziomu, nawet w aplikacjach o niskiej stałej dielektrycznej.
• VEGAPULS 6X: Precyzyjny radarowy pomiar poziomu, np. do pomiaru elektrolitów w produkcji wodoru.
• Sondy BASIC: Dla mniej wymagających zastosowań VEGA oferuje sondy BASIC, które umożliwiają niezawodny i ekonomiczny pomiar ciśnienia i poziomu w zastosowaniach wodorowych.

Gospodarka wodorowa szybko się rozwija, a wraz z nią wymagania dotyczące niezawodnej technologii pomiaru wodoru. Czy to w produkcji, podczas transportu czy magazynowania: Wysoko precyzyjne perzetworniki ciśnienia i sondy do pomiaru poziomu są niezbędne do wydajnego i bezpiecznego przetwarzania wodoru.
VEGA oferuje niestandardowe rozwiązania z metalowymi lub ceramicznymi celami pomiarowymi, przyłączami zabezpieczonymi przed dyfuzją i czujnikami wysokociśnieniowymi, które zostały specjalnie opracowane dla ekstremalnych wymagań w zastosowaniach wodorowych. W ten sposób wodór może być optymalnie i bezpiecznie wykorzystywany jako źródło energii w przyszłości.