Tecnologia de medição segura para aplicações com hidrogênio: O que é importante?

O hidrogênio é extremamente volátil e tem as menores de todas as moléculas. Em decorrência disso, ele pode se difundir por muitos materiais e requer vedações e sensores especiais. Além disso, o hidrogênio é muitas vezes armazenado e transportado sob condições extremas, seja sob alta pressão em tanques de armazenamento ou com temperatura criogênica na forma liquefeita. Instrumentos de medição de pressão e sensores de nível modernos permitem o monitoramento preciso desses processos e contribuem para o uso seguro e eficiente do hidrogênio em toda a cadeia de valor.

O hidrogênio é produzido de várias maneiras, com a tecnologia de medição desempenhando um papel central em todos os processos.

Reforma a vapor - o caminho convencional
Atualmente, a maior parte do hidrogênio produzido no mundo é obtida pela reforma de vapor do gás natural. Nesse processo, o metano é combinado com vapor de água a temperaturas de cerca de 800 °C, produzindo hidrogênio e dióxido de carbono. Esse método estabeleceu-se, mas gera emissões consideráveis de CO₂, o que é chamado de “hidrogênio cinza”. Se o CO₂ for capturado e armazenado ou utilizado, isso é chamado de “hidrogênio azul”.

Eletrólise – a alternativa ecológica
A eletrólise está sendo cada vez mais usada para produzir “hidrogênio verde”. Nesse processo, a água é dividida em hidrogênio e oxigênio através do uso de eletricidade de fontes renováveis (por exemplo, eólica, fotovoltaica, hidrelétrica). Os requisitos técnicos variam de acordo com o método:

• Eletrólise alcalina (AEL): Funciona com uma solução de hidróxido de potássio como eletrólito e requer condições operacionais constantes.
• Eletrólise PEM: Utiliza uma membrana de polímero e permite mudanças rápidas de carga, tornando-o adequado para fontes de energia renováveis oscilantes.
• Eletrólise de alta temperatura (SOEC): Atinge graus de eficiência particularmente altos devido às temperaturas de operação acima de 1000 °C.

Para garantir condições operacionais estáveis em todos os processos de eletrólise, são essenciais medições de nível de enchimentopara o armazenamento de eletrolito, monitoramento da pressão em linhas de gás e detecção de nível limite.

Como o hidrogênio gasoso tem uma baixa densidade de energia, são necessárias soluções eficientes de armazenamento e transporte. A escolha do método certo depende de fatores como rota de transporte, eficiência e requisitos de segurança.

Armazenamento sob pressão
O método de armazenamento mais comum é a compressão em tanques pressurizados. O hidrogênio é comprimido até atingir 700 bar e é armazenado em reservatórios especiais feitos de materiais de alto desempenho. Essa tecnologia é usada em veículos com células de combustível, entre outras coisas.
Os principais desafios técnicos no armazenamento pressurizado são as medições precisas da pressão para evitar sobrepressão ou subpressão e para o controle da difusão do hidrogênio, que, com o passar do tempo, pode levar a fugas. Os sensores de alta pressão aqui utilizados precisam ser resistentes à fragmentação.

Liquefação
Para transportar grandes quantidades de hidrogênio de forma eficiente, o gás é resfriado a temperaturas de -240 a -253 °C e liquefeito. Isso reduz consideravelmente o volume, mas é um processo que consome muita energia, sendo cerca de um terço da energia armazenada usada para o resfriamento. As temperaturas extremamente baixas impõem exigências especiais aos sensores de pressão utilizados. Além disso, os criotanques altamente isolados usados para essa finalidade devem ser continuamente resfriados e monitorados para minimizar as perdas por evaporação.

Armazenamento químico
Uma alternativa promissora é a ligação química do hidrogênio a substâncias transportadoras como amônia (NH₃) ou metanol. Eles podem ser transportados usando a infraestrutura existente e convertidos novamente em hidrogênio, quando necessário. Também aqui, os sensores de pressão e as medições de nível confiáveis desempenham um papel fundamental para garantir a eficiência no armazenamento e na distribuição.

Devido à sua alta difusividade, o hidrogênio impõe exigências especiais aos equipamentos de medição. Os sensores com células de medição revestidas de ouro oferecem proteção eficaz contra a penetração de moléculas de hidrogênio e garantem uma medição estável a longo prazo.
A fragmentação do hidrogênio de componentes metálicos também exige materiais robustos, como aço inoxidável 316L ou revestimentos especiais. A VEGA também utiliza conexões de alta pressão à prova de difusão para garantir que os sensores funcionem de forma confiável mesmo sob condições extremas.

A VEGA oferece sensores especialmente desenvolvidos para atender aos requisitos extremos de sistemas de hidrogênio:

• VEGABAR 83: Com uma célula de medição DMS seca, este instrumento permite medir de forma continuamente estável pressões do processo extremas de até 1.000 bar.
• VEGABAR 82: Com uma célula de medição de cerâmica isenta de óleo, esse sensor mede hidrogênio gasoso de forma confiável. A célula de medição resiste também a produtos agressivos, como a solução de hidróxido de potássio, que é usada na eletrólise. 
• Série VEGAFLEX: Medições de nível confiáveis, mesmo em aplicações com baixa constante dielétrica.
• VEGAPULS 6X: Medição de nível de radar de alta precisão, por exemplo, para medir eletrólitos na produção de hidrogênio.
• Sensores BASIC: Para aplicações menos exigentes, a MOEGA oferece os sensores BASIC, que permitem a medição segura e econômica de pressãoe nível de enchimento em aplicações com hidrogênio.

A economia do hidrogênio cresce rapidamente e, com ela, aumentam as exigências para uma tecnologia de medição segura. Seja na produção, no transporte ou no armazenamento: Medidores de pressão e sensores de nível de alta precisão são essenciais para o uso eficiente e seguro do hidrogênio.
A VEGA oferece soluções sob medida com células de medição metálicas ou cerâmicas, conexões à prova de difusão e sensores de alta pressão que foram desenvolvidos especialmente para os requisitos extremos das aplicações com hidrogênio. Dessa forma, o hidrogênio pode ser utilizado de forma otimizada e segura como a fonte de energia do futuro.