Aplicaciones de la energía del hidrógeno
Garantizar la pureza del hidrógeno para lograr un rendimiento óptimo de las pilas de combustible
Gracias a una avanzada tecnología de detección de pureza del hidrógeno, se garantiza el rendimiento óptimo de las pilas de combustible. Mediante el control y la monitorización de contaminantes como trazas de humedad, oxígeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, hidrocarburos totales y azufre, se protegen las pilas de combustible y se maximiza su eficiencia operativa.
La importancia de la pureza del hidrógeno en las pilas de combustible
La pila de combustible desempeña un papel fundamental en la cadena de suministro de energía de hidrógeno, especialmente en el sector del transporte, como trenes, automóviles y barcos. Convierte eficientemente el hidrógeno en electricidad, produciendo energía limpia con agua como único subproducto. Ya sea que el hidrógeno provenga directamente de un sistema de producción o de un sistema de almacenamiento, las pilas de combustible requieren hidrógeno de alta pureza para lograr un rendimiento óptimo. Cualquier impureza en el hidrógeno de alta pureza puede reducir el rendimiento de la pila de combustible y causar daños a largo plazo.
Las pilas de combustible son extremadamente sensibles a las impurezas, lo que puede provocar diversos efectos adversos. Incluso contaminantes traza como la humedad (H2O), el oxígeno (O2), el nitrógeno (N2) y el monóxido de carbono (CO) pueden inhibir la eficiencia de conversión de energía y reducir la potencia de salida. Con el tiempo, estos contaminantes también pueden dañar los componentes de la pila de combustible, en particular los catalizadores (membrana de intercambio de protones), lo que conlleva altos costes de mantenimiento o sustitución. Para las pilas de combustible que cumplen con la norma GB/T 37244-2018 Especificación de combustible para vehículos con pila de combustible de membrana de intercambio de protones - Hidrógeno \ISO 14687:2019(E), es especialmente importante mantener la pureza del hidrógeno, ya que esta norma establece límites estrictos en las concentraciones de impurezas como H2O, O2 y N2. Las propiedades específicas y el contenido de impurezas en el hidrógeno varían según la fuente, ya sea reformado de metano con vapor (SMR), pirólisis de metanol, producción de oxígeno a partir de gas de coquería, purificación de hidrógeno gris o electrólisis. Cada método de producción de hidrógeno puede introducir diferentes contaminantes, que deben ser monitoreados y controlados antes de que el hidrógeno entre en la pila de combustible.
Indicadores clave para la detección de la pureza del hidrógeno en pilas de combustible
Para garantizar que el hidrógeno utilizado en las pilas de combustible cumpla con los estándares necesarios para un alto rendimiento, los siguientes indicadores clave de detección de pureza son fundamentales:
● Humedad en el hidrógeno (vapor de agua): Un contenido de humedad excesivamente alto puede interferir con la reacción electroquímica dentro de la celda de combustible, reducir la eficiencia y dañar sus componentes. Es fundamental controlar el contenido de humedad residual en el hidrógeno para garantizar que esté suficientemente seco y así mantener un rendimiento óptimo de las celdas de combustible.
● Oxígeno en el hidrógeno: La contaminación por oxígeno puede reducir la potencia y la eficiencia de las pilas de combustible. Incluso pequeñas cantidades de oxígeno pueden degradar significativamente el rendimiento de la pila de combustible con el tiempo. El monitoreo continuo del contenido de oxígeno garantiza que el hidrógeno no contenga este contaminante dañino.
● Monóxido de carbono (CO): El monóxido de carbono es uno de los contaminantes más dañinos para las pilas de combustible, especialmente para las de membrana de intercambio protónico (PEM). El CO se adsorbe en el catalizador de platino, reduciendo su capacidad para facilitar la reacción hidrógeno-oxígeno. Incluso trazas de CO pueden degradar considerablemente el rendimiento y la vida útil de la pila de combustible. Es fundamental controlar el contenido de CO para prevenir el envenenamiento del catalizador.
● Amoníaco (NH3): La detección de trazas de amoníaco en el hidrógeno para pilas de combustible es fundamental para proteger el catalizador, mantener el rendimiento de la pila, garantizar la seguridad y controlar la calidad. En aplicaciones prácticas, se requieren métodos e instrumentos analíticos láser TDLAS de alta sensibilidad para detectar con precisión trazas de amoníaco en el hidrógeno.
● Nivel de pureza del hidrógeno: La pureza general del hidrógeno debe cumplir con estándares rigurosos como GB/T 37244-2018 Especificación de combustible para vehículos con pila de combustible de membrana de intercambio de protones - Hidrógeno / ISO 14687:2019(E), que establecen los requisitos para los niveles aceptables de contaminantes en el hidrógeno utilizado en pilas de combustible. El monitoreo continuo de la pureza del hidrógeno garantiza que este cumpla con dichos estándares, previene la degradación del rendimiento y maximiza la eficiencia de la pila de combustible.
Consideraciones de seguridad adicionales: Instalación e integridad del sistema
Además de la pureza del hidrógeno, las medidas específicas de seguridad en la instalación y la integridad del sistema son fundamentales para su almacenamiento y distribución en sistemas de pilas de combustible. Se debe instalar un sistema de detección de fugas para identificar cualquier fuga en el suministro de hidrógeno, ya que podría suponer graves riesgos para la seguridad. Asimismo, se puede utilizar la inertización (es decir, la adición de un gas inerte para reducir el riesgo de combustión) para proteger el sistema de posibles igniciones accidentales.
¿Qué analizadores se utilizan para detectar la pureza del hidrógeno para las pilas de combustible?
Para mantener el nivel de pureza de hidrógeno necesario para el funcionamiento de la pila de combustible, se utilizan diversos analizadores avanzados para detectar y eliminar los contaminantes antes de que el hidrógeno entre en la pila de combustible.
| Elemento de medición | Solicitud | Producto recomendado |
| Humedad (H2O) | Un analizador de humedad detecta el vapor de agua en el hidrógeno para garantizar que este esté suficientemente seco para el funcionamiento de la pila de combustible, evitando así pérdidas de eficiencia y daños en sus componentes. | CI-AM171\ CI-PC35-2 |
| Pureza del hidrógeno (H2) | Los analizadores de pureza proporcionan datos en tiempo real sobre la calidad general del hidrógeno, garantizando que cumpla con los estándares de pureza para aplicaciones de pilas de combustible, como la norma GB/T 37244-2018 «Especificación de combustible para vehículos con pilas de combustible de membrana de intercambio de protones: hidrógeno» e ISO 14687:2019(E). Esto garantiza un funcionamiento eficiente de la pila de combustible sin riesgos de contaminación. | Cromatógrafo CI-551-2, CI-PC9280-PDHID |
| Oxígeno (O2) | El analizador de oxígeno monitoriza continuamente la presencia de oxígeno en el hidrógeno para garantizar que los niveles de oxígeno se mantengan dentro de los límites aceptables y evitar el envenenamiento del catalizador. | CI-PC95-2\ CI-PC951-2\ CI-PC935 |
| monóxido de carbono (CO) | Los analizadores de monóxido de carbono son esenciales para detectar niveles mínimos de monóxido de carbono, prevenir el envenenamiento de los catalizadores de platino en las pilas de combustible y mantener una alta eficiencia. | Cromatógrafo CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDC |
| dióxido de carbono (CO2) | La detección de trazas de dióxido de carbono en el hidrógeno destinado a las pilas de combustible es una medida clave para garantizar un funcionamiento eficiente y estable, así como para prolongar la vida útil de las mismas. | Cromatógrafo CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDC |
| CnHm\CH4 | Los compuestos de hidrocarburos pueden sufrir reacciones de oxidación dentro de las pilas de combustible, produciendo dióxido de carbono y agua. Esto no solo diluye la concentración de hidrógeno y reduce la potencia de salida de las pilas de combustible, sino que también puede causar contaminación o envenenamiento del catalizador. | Cromatógrafo CI-PC9001\ CI-PC61\ CI-PC9260\ CI-PC9280-PDHID |
| Nitrógeno | La detección del contenido de nitrógeno ayuda a evaluar la pureza del hidrógeno; las altas concentraciones de nitrógeno pueden diluir la concentración de hidrógeno y reducir la potencia de salida de la pila de combustible, lo que garantiza que la pila de combustible funcione con un rendimiento óptimo. | Cromatógrafo CI-PC9280-PDHID |
| (N2) | ||
| Amoníaco (NH3) | La detección de trazas de amoníaco en el hidrógeno destinado a las pilas de combustible es fundamental para la protección del catalizador, el mantenimiento del rendimiento de la pila de combustible, la garantía de seguridad y el control de calidad. | CI-PC62 |
Aplicaciones para la producción de hidrógeno
● Medir la concentración de hidrógeno inyectado en gasoductos (para transporte; en este caso, refiriéndose al escenario en el que el hidrógeno se transporta a través de gasoductos);
● Medir la pureza/calidad del hidrógeno almacenado para prevenir la contaminación de las pilas de combustible;
● Medición del reformado de metano con vapor (SMR), la pirólisis de metanol y la producción de oxígeno a partir de gas de horno de coque; detección y control de calidad para la purificación de hidrógeno gris y los procesos de producción de hidrógeno por electrólisis del agua;
● Seguridad y pureza del almacenamiento de hidrógeno.
