Hidrojen uygulamaları için emniyetli ölçüm teknolojileri: Burada önemli olan nedir?

Hidrojen, son derece uçucudur ve tüm molekül boyutları arasında, en küçük boyutlu olandır. Bundan dolayı, birçok malzemenin içinden geçerek kolayca yayılabilir ve spesifik contalar ve sensör teknolojileri gerektirir. Ayrıca hidrojen genellikle, yüksek basınç altında veya sıvılaştırılmış formda depolama tanklarında veya kriyojenik sıcaklıklar gibi aşırı koşullar altında depolanır ve taşınır. Modern basınç ölçüm cihazları ve seviye sensörleri bu süreçlerin hassas bir şekilde takip edilmesini ve hidrojenin tüm değer zinciri boyunca güvenli ve verimli bir şekilde kullanılmasına sağlar.

Hidrojen farklı yollarla üretilir. Kullanılan ölçüm teknolojisi ise, tüm yöntemlerde merkezi bir rol oynar.

Buhar reformasyonu: konvansiyonel yöntem
Şu sıralar dünyada üretilen hidrojenin büyük bir kısmı, doğal gazın buhar reformasyonundan elde edilmektedir. Bu proseste metan, yaklaşık 800 °C sıcaklığındaki su buharı ile reaksiyona sokularak hidrojen ve karbondioksit elde edilmektedir. Yaygın olarak kabul görmüş ve yerleşmiş olan bu yöntemde, ne yazık ki önemli miktarda karbondioksit emisyonu oluşmaktadır, bu nedenle elde edilen hidrojene “gri hidrojen” adı verilmektedir. Karbondioksidin yakalanarak depolanması ve kullanılması ise, “mavi hidrojen” olarak adlandırılır.

Elektroliz: iklim dostu alternatif
İklim açısından zararlı olmayan “yeşil hidrojen”i üretmek için, elektroliz yöntemi gittikçe daha fazla kullanılmaktadır. Bu proseste su, (rüzgar, fotovoltaik, hidroelektrik gibi) yenilenebilir kaynaklardan gelen elektrik kullanılarak hidrojen ve oksijene ayrıştırılır. Burada yönteme bağlı olarak teknik gereklilikler farklılık gösterir:

• Alkali elektroliz (AEL): Elektrolit olarak potasyum hidroksit çözeltisi ile çalışır ve sürekli aynı kalan işletim koşulları gerektirir.
• PEM elektrolizi: Bu yöntemde polimer bir membran kullanılır. Hızlı yük değişikliklerine izin veren bu proses, dalgalanan yenilenebilir enerji kaynaklarına çok uygundur.
• Yüksek sıcaklık elektrolizi (SOEC): 1000 °C’nin üzerindeki işletim sıcaklıkları sayesinde son derece yüksek verimlilik dereceleri sağlar.

Stabil çalışma koşulları sağlamak için tüm elektroliz proseslerinde; elektrolitin depolanması için hassas seviye ölçümleri, gaz hatlarındaki basıncın izlenmesi için basınç denetimi ve limit seviye ölçümü yapılması gerekir.

Gaz halindeki hidrojenin enerji yoğunluğu düşüktür, bu nedenle taşınması ve depolanmasında verimli çözümler gereklidir. Uygun yöntemin seçimi taşıma rotası, verimlilik ve güvenlik gereksinimleri gibi farklı faktörlere bağlıdır.

Basınçlı depolama
En yaygın depolama yöntemi, hidrojenin basınçlı tanklarda sıkıştırılmasıdır. Hidrojen 700 bar’a kadar sıkıştırılır ve yüksek performanslı malzemelerden yapılmış özel tanklarda depolanır. Bu teknoloji aynı zamanda yakıt hücreli araçlarda da kullanılmaktadır.
Basınçlı depolama yönteminde karşılaşılan temel teknik zorluklar arasında, basınç ölçümlerinin büyük bir hassasiyetle yapılması gerekir. Çünkü uzun vadede sızıntılara yol açabilecek hidrojen difüzyonunun kontrol edilmesi için, aşırı basınç veya düşük basınçtan mutlaka kaçınılmalıdır. Bu ölçümlerde kullanılan yüksek basınç sensörlerinin, hidrojen gevrekliğine karşı dayanıklı olması gerekir.

Sıvılaştırma
Yüksek miktarlarda hidrojeni verimli bir şekilde taşımak için, gaz -240 °C ilâ -253 °C arasındaki sıcaklıklara kadar soğutulur ve sıvılaştırılır. Bu işlem hidrojenin hacmini önemli ölçüde düşürür, ancak enerji tüketimi çok yüksek bir işlemdir, depolanan enerjinin yaklaşık üçte biri soğutma amacıyla kullanılır. Aşırı düşük sıcaklıklar da, kullanılan basınç sensörlerine yöneltilen başka bir zorlu taleptir. Ayrıca bu amaçla kullanılan yüksek yalıtımlı kriyojenik depolama tankları, buharlaşmadan dolayı oluşan kayıpları en aza indirmek için sürekli soğutulmalı ve takip edilmelidir.

Kimyasal depolama
Hidrojenin, amonyak (NH₃) veya metanol gibi taşıyıcılara kimyasal olarak bağlanması, geleceğe dönük bir alternatif olarak görülmektedir. Bu maddeler, mevcut altyapı üzerinden taşınabilir ve gerektiğinde tekrar hidrojene dönüştürülebilir. Güvenilir basınç sensörleri ve seviye ölçümleri, verimli bir depolama ve dağıtımın sağlanmasında da kilit bir rol oynamaktadır.

Hidrojenin yüksek bir difüzyon gücüne sahip olmasından dolayı, ölçüm teknolojilerine zorlu görevler düşer. Ölçüm hücreleri altın kaplama olan sensörler, hidrojen moleküllerinin nüfuzuna karşı etkili bir koruma sağlar ve uzun süreli stabilite sunan ölçümler sağlar.
Metal bileşenlerinde oluşabilecek hidrojen gevrekliği, ayrıca sensörlerde 316L paslanmaz çelik veya özel kaplamalar gibi sağlam malzemelerin kullanılmasını gerektirir. VEGA bundan başka sensörlerin aşırı koşullar altında dahi güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak için, difüzyon geçirmeyen yüksek basınç bağlantıları kullanır.

VEGA, hidrojen sistemlerinin aşırı gereksinimlerine cevap vermek için geliştirilmiş sensörler sunmaktadır:

• VEGABAR 83: Ölçüm hücresi kurudur, cihaz bu şekilde 1000 bar’a kadar olan aşırı proses basınçlarının ölçümlerinde uzun süreli bir stabiliteyi mümkün kılar.
• VEGABAR 82: Sensör, yağsız seramik ölçüm hücresiyle gaz halindeki hidrojenin ölçümünü sağlar. Ölçüm hücresi, elektrolizörlerde kullanılan potasyum hidroksit çözeltisi gibi agresif malzemelere karşı son derece dayanıklıdır. 
• VEGAFLEX Serisi: Dielektrik sabiti düşük olan uygulamalarda da güvenilir seviye ölçümlerini mümkün kılar.
• VEGAPULS 6X: Hidrojen üretiminde kullanılan elektrolizörlerde yapılan ölçümler gibi yüksek hassaslıktaki radar seviye ölçümlerinde kullanılır.
• BASIC sensörleri: VEGA, daha az zorlu uygulamalarda kullanılmak üzere, hidrojen uygulamalarında basınç ve seviye ölçümlerinin güvenilir ve ekonomik bir şekilde yapılmasını sağlayan VEGA BASIC sensörlerini sunar.

Hidrojenin ekonomideki yeri hızla büyüyor, bununla birlikte güvenilir hidrojen ölçüm teknolojilerinin gereksinimleri de artıyor. Hidrojenin üretiminde, taşınmasında ve depolamasında, yüksek hassasiyetli basınç ölçüm cihazları ve seviye sensörleri, hidrojenin verimli ve güvenli bir şekilde kullanılması için gereklidir.
VEGA’nın hidrojenli uygulamalar için sunduğu metal veya seramik ölçüm hücreleri, difüzyon korumalı bağlantıları ve hidrojen uygulamalarının aşırı gereksinimleri için özel olarak geliştirdiği yüksek basınç sensörleri özelleştirilmiş çözümlerdir. Bu şekilde hidrojenden, geleceğin en önemli enerji kaynaklarından biri olarak optimum ve emniyetli bir şekilde faydalanılabilir.