کاربردهای انرژی هیدروژن
تضمین خلوص هیدروژن برای دستیابی به عملکرد بهینه پیلهای سوختی
با تکیه بر فناوری پیشرفته تشخیص خلوص هیدروژن، عملکرد بهینه پیلهای سوختی تضمین میشود. با پایش و کنترل آلایندههایی مانند رطوبت ناچیز، اکسیژن ناچیز، مونوکسید کربن ناچیز، دیاکسید کربن، نیتروژن، کل هیدروکربنها و گوگرد، از پیلهای سوختی محافظت کرده و راندمان عملیاتی را به حداکثر میرساند.
اهمیت خلوص هیدروژن در پیلهای سوختی
پیل سوختی نقش حیاتی در زنجیره تأمین انرژی هیدروژن، به ویژه در بخش حمل و نقل مانند قطارها، خودروها و کشتیها ایفا میکند. این پیل به طور مؤثر هیدروژن را به برق تبدیل میکند و انرژی پاک را با تنها محصول جانبی آب تولید میکند. چه هیدروژن مستقیماً از سیستم تولید بیاید و چه از سیستم ذخیرهسازی، پیلهای سوختی برای دستیابی به عملکرد بهینه به هیدروژن با خلوص بالا نیاز دارند. هرگونه ناخالصی در هیدروژن با خلوص بالا ممکن است عملکرد پیل سوختی را کاهش داده و باعث آسیب طولانی مدت شود.
پیلهای سوختی به ناخالصیها بسیار حساس هستند که میتوانند منجر به عوارض جانبی مختلفی شوند. حتی آلایندههای ناچیز مانند رطوبت (H2O)، اکسیژن (O2)، نیتروژن (N2) و مونوکسید کربن (CO) میتوانند راندمان تبدیل انرژی را مهار کرده و توان خروجی را کاهش دهند. با گذشت زمان، این آلایندهها همچنین میتوانند به اجزای پیل سوختی، به ویژه کاتالیزورها (غشای تبادل پروتون) آسیب برسانند و منجر به هزینههای بالای نگهداری یا تعویض شوند. برای پیلهای سوختی مطابق با GB/T 37244-2018 مشخصات سوخت برای خودروهای پیل سوختی غشای تبادل پروتون - هیدروژن \ISO 14687:2019(E)، حفظ خلوص هیدروژن از اهمیت ویژهای برخوردار است، زیرا این استاندارد محدودیتهای دقیقی را برای غلظت ناخالصیهایی مانند H2O، O2 و N2 تعیین میکند. خواص و محتوای خاص ناخالصیهای موجود در هیدروژن بسته به منبع آن متفاوت است، چه اصلاح متان با بخار (SMR)، پیرولیز متانول، تولید اکسیژن از گاز کوره کک، تصفیه هیدروژن خاکستری یا الکترولیز باشد. هر روش تولید هیدروژن ممکن است آلایندههای مختلفی را وارد کند که باید قبل از ورود هیدروژن به پیل سوختی، پایش و کنترل شوند.
شاخصهای کلیدی تشخیص خلوص هیدروژن برای پیلهای سوختی
برای اطمینان از اینکه هیدروژن مورد استفاده برای پیلهای سوختی، استانداردهای لازم برای عملکرد بالا را برآورده میکند، شاخصهای کلیدی تشخیص خلوص زیر بسیار مهم هستند:
● رطوبت موجود در هیدروژن (بخار آب): رطوبت بیش از حد بالا میتواند در واکنش الکتروشیمیایی داخل پیل سوختی اختلال ایجاد کند، راندمان را کاهش دهد و ممکن است به اجزای پیل سوختی آسیب برساند. پایش میزان رطوبت ناچیز در هیدروژن برای اطمینان از خشک بودن کافی هیدروژن برای حفظ عملکرد بهینه پیلهای سوختی بسیار مهم است.
● اکسیژن موجود در هیدروژن: آلودگی اکسیژن میتواند توان خروجی و راندمان پیلهای سوختی را کاهش دهد. حتی مقادیر کم اکسیژن نیز میتواند به مرور زمان عملکرد پیل سوختی را به طور قابل توجهی کاهش دهد. نظارت مداوم بر میزان اکسیژن تضمین میکند که هیدروژن حاوی این آلاینده مضر نیست.
● مونوکسید کربن (CO): مونوکسید کربن یکی از مضرترین آلایندهها برای پیلهای سوختی، به ویژه پیلهای سوختی غشای تبادل پروتون (PEM) است. CO جذب کاتالیزور پلاتین میشود و توانایی آن را در تسهیل واکنش هیدروژن-اکسیژن کاهش میدهد. حتی مقدار ناچیزی از CO میتواند عملکرد و طول عمر پیل سوختی را به شدت کاهش دهد. نظارت بر میزان CO برای جلوگیری از مسمومیت کاتالیزور ضروری است.
● آمونیاک (NH3): تشخیص مقدار ناچیز آمونیاک در هیدروژن برای پیلهای سوختی برای محافظت از کاتالیزور، حفظ عملکرد پیل سوختی، تضمین ایمنی و کنترل کیفیت بسیار مهم است. در کاربردهای عملی، روشها و ابزارهای تحلیلی لیزری TDLAS با حساسیت بالا برای تشخیص دقیق مقدار ناچیز آمونیاک در هیدروژن مورد نیاز است.
● سطح خلوص هیدروژن: خلوص کلی هیدروژن باید با استانداردهای سختگیرانهای مانند GB/T 37244-2018 مشخصات سوخت برای خودروهای پیل سوختی غشای تبادل پروتون - هیدروژن \ISO 14687:2019(E) مطابقت داشته باشد، که الزامات مربوط به سطوح قابل قبول آلایندهها در هیدروژن مورد استفاده برای پیلهای سوختی را تعیین میکند. نظارت مداوم بر خلوص هیدروژن تضمین میکند که هیدروژن با این استانداردها مطابقت دارد، از تخریب عملکرد جلوگیری میکند و راندمان پیل سوختی را به حداکثر میرساند.
ملاحظات ایمنی بیشتر: نصب و یکپارچگی سیستم
علاوه بر نگرانیهای مربوط به خلوص، اقدامات خاص ایمنی نصب و یکپارچگی سیستم نیز برای ذخیرهسازی و توزیع هیدروژن در سیستمهای پیل سوختی بسیار مهم هستند. یک سیستم تشخیص نشتی باید نصب شود تا هرگونه نشتی در منبع هیدروژن را که ممکن است خطرات ایمنی جدی ایجاد کند، شناسایی کند. علاوه بر این، بیاثر کردن (یعنی افزودن یک گاز بیاثر برای کاهش خطر احتراق) میتواند برای محافظت از سیستم در برابر حوادث احتراق تصادفی استفاده شود.
از چه آنالیزورهایی برای تشخیص خلوص هیدروژن برای پیلهای سوختی استفاده میشود؟
برای حفظ سطح خلوص هیدروژن مورد نیاز برای عملکرد پیل سوختی، از انواع آنالیزورهای پیشرفته برای شناسایی و حذف آلایندهها قبل از ورود هیدروژن به پیل سوختی استفاده میشود.
| مورد اندازهگیری | کاربرد | محصول پیشنهادی |
| رطوبت (H2O) | یک آنالیزور رطوبت، بخار آب موجود در هیدروژن را تشخیص میدهد تا اطمینان حاصل شود که هیدروژن به اندازه کافی برای عملکرد پیل سوختی خشک است و در نتیجه از کاهش راندمان و آسیب به اجزای پیل سوختی جلوگیری میشود. | CI-AM171\ CI-PC35-2 |
| خلوص هیدروژن (H2) | آنالایزرهای خلوص، دادههای بلادرنگ در مورد کیفیت کلی هیدروژن ارائه میدهند و تضمین میکنند که مطابق با استانداردهای خلوص برای کاربردهای پیل سوختی مانند GB/T 37244-2018 مشخصات سوخت برای خودروهای پیل سوختی غشای تبادل پروتون - هیدروژن \ISO 14687:2019(E) باشد. این امر عملکرد کارآمد پیل سوختی را بدون خطرات آلودگی تضمین میکند. | کروماتوگراف CI-551-2، CI-PC9280-PDHID |
| اکسیژن (O2) | آنالایزر اکسیژن به طور مداوم وجود اکسیژن در هیدروژن را کنترل میکند تا اطمینان حاصل شود که سطح اکسیژن در محدوده قابل قبول باقی میماند و از مسمومیت کاتالیزور جلوگیری میشود. | CI-PC95-2\ CI-PC951-2\ CI-PC935 |
| مونوکسید کربن (CO) | آنالایزرهای مونوکسید کربن برای تشخیص سطوح ناچیز مونوکسید کربن، جلوگیری از مسمومیت کاتالیزورهای پلاتین در پیلهای سوختی و حفظ راندمان بالا ضروری هستند. | کروماتوگراف CI-PC21\ CI-PC9280-PDHI |
| دی اکسید کربن (CO2) | تشخیص مقادیر ناچیز دی اکسید کربن در هیدروژن برای پیلهای سوختی، یک اقدام کلیدی برای اطمینان از عملکرد کارآمد و پایدار و افزایش طول عمر پیلهای سوختی است. | کروماتوگراف CI-PC21\ CI-PC9280-PDHI |
| CnHm\CH4 | ترکیبات هیدروکربنی ممکن است در داخل پیلهای سوختی واکنشهای اکسیداسیون انجام دهند و دیاکسید کربن و آب تولید کنند. این امر نه تنها غلظت هیدروژن را رقیق کرده و توان خروجی پیلهای سوختی را کاهش میدهد، بلکه ممکن است باعث آلودگی یا مسمومیت کاتالیزور نیز شود. | کروماتوگرافی CI-PC9001\ CI-PC61\ CI-PC9260\ CI-PC9280-PDHID |
| نیتروژن | تشخیص محتوای نیتروژن به ارزیابی خلوص هیدروژن کمک میکند؛ غلظت بالای نیتروژن میتواند غلظت هیدروژن را رقیق کرده و توان خروجی پیل سوختی را کاهش دهد و تضمین کند که پیل سوختی با عملکرد بهینه خود کار میکند. | کروماتوگراف CI-PC9280-PDHID |
| (N2) | ||
| آمونیاک (NH3) | تشخیص مقدار ناچیز آمونیاک در هیدروژن برای پیلهای سوختی برای محافظت از کاتالیزور، حفظ عملکرد پیل سوختی، تضمین ایمنی و کنترل کیفیت بسیار مهم است. | CI-PC62 |
کاربردهای تولید هیدروژن
● اندازهگیری غلظت هیدروژن تزریقشده به خطوط لوله گاز طبیعی (برای حملونقل - در اینجا منظور سناریویی است که هیدروژن از طریق خطوط لوله گاز طبیعی منتقل میشود)؛
● اندازهگیری خلوص/کیفیت هیدروژن ذخیرهشده برای جلوگیری از آلودگی سلولهای سوختی؛
● اندازهگیری ریفرمینگ متان با بخار آب (SMR)، پیرولیز متانول و تولید اکسیژن از گاز کوره کک؛ تشخیص و کنترل کیفیت برای فرآیندهای تصفیه هیدروژن خاکستری و تولید هیدروژن با الکترولیز آب؛
● ایمنی و خلوص ذخیرهسازی هیدروژن
