Applicazioni dell'energia a idrogeno
Garantire la purezza dell'idrogeno per ottenere prestazioni ottimali delle celle a combustibile.
Grazie a una tecnologia avanzata di rilevamento della purezza dell'idrogeno, si garantisce il funzionamento ottimale delle celle a combustibile. Monitorando e controllando contaminanti quali tracce di umidità, tracce di ossigeno, tracce di monossido di carbonio, anidride carbonica, azoto, idrocarburi totali e zolfo, si proteggono le celle a combustibile e si massimizza l'efficienza operativa.
L'importanza della purezza dell'idrogeno nelle celle a combustibile
La cella a combustibile svolge un ruolo fondamentale nella catena di approvvigionamento dell'energia a idrogeno, in particolare nel settore dei trasporti, come treni, automobili e navi. Converte in modo efficiente l'idrogeno in elettricità, producendo energia pulita con l'acqua come unico sottoprodotto. Che l'idrogeno provenga direttamente da un sistema di produzione o da un sistema di stoccaggio, le celle a combustibile richiedono idrogeno ad elevata purezza per raggiungere prestazioni ottimali. Qualsiasi impurità nell'idrogeno ad alta purezza può ridurre le prestazioni della cella a combustibile e causare danni a lungo termine.
Le celle a combustibile sono estremamente sensibili alle impurità, che possono causare una varietà di effetti negativi. Anche tracce di contaminanti come umidità (H2O), ossigeno (O2), azoto (N2) e monossido di carbonio (CO) possono inibire l'efficienza di conversione energetica e ridurre la potenza erogata. Nel tempo, questi contaminanti possono anche danneggiare i componenti della cella a combustibile, in particolare i catalizzatori (membrana a scambio protonico), con conseguenti elevati costi di manutenzione o sostituzione. Per le celle a combustibile conformi alla norma GB/T 37244-2018 Specifiche del combustibile per veicoli a celle a combustibile a membrana a scambio protonico - Idrogeno \ISO 14687:2019(E), è particolarmente importante mantenere la purezza dell'idrogeno, poiché questa norma stabilisce limiti rigorosi per le concentrazioni di impurità come H2O, O2 e N2. Le proprietà specifiche e il contenuto di impurità nell'idrogeno variano a seconda della fonte, che si tratti di reforming del metano con vapore (SMR), pirolisi del metanolo, produzione di ossigeno da gas di cokeria, purificazione dell'idrogeno grigio o elettrolisi. Ciascun metodo di produzione dell'idrogeno può introdurre diversi contaminanti, che devono essere monitorati e controllati prima che l'idrogeno entri nella cella a combustibile.
Principali indicatori di rilevamento della purezza dell'idrogeno per le celle a combustibile
Per garantire che l'idrogeno utilizzato nelle celle a combustibile soddisfi gli standard necessari per prestazioni elevate, i seguenti indicatori chiave di rilevamento della purezza sono fondamentali:
● Umidità nell'idrogeno (vapore acqueo): un contenuto di umidità eccessivamente elevato può interferire con la reazione elettrochimica all'interno della cella a combustibile, riducendone l'efficienza e danneggiandone i componenti. Il monitoraggio del contenuto di umidità nell'idrogeno, anche in tracce, è fondamentale per garantire che l'idrogeno sia sufficientemente secco da mantenere prestazioni ottimali delle celle a combustibile.
● Ossigeno nell'idrogeno: la contaminazione da ossigeno può ridurre la potenza erogata e l'efficienza delle celle a combustibile. Anche piccole quantità di ossigeno possono degradare significativamente le prestazioni delle celle a combustibile nel tempo. Il monitoraggio continuo del contenuto di ossigeno garantisce che l'idrogeno non contenga questo contaminante dannoso.
● Monossido di carbonio (CO): Il monossido di carbonio è uno dei contaminanti più dannosi per le celle a combustibile, in particolare per quelle a membrana a scambio protonico (PEM). Il CO si adsorbe sul catalizzatore di platino, riducendone la capacità di facilitare la reazione idrogeno-ossigeno. Anche tracce di CO possono compromettere gravemente le prestazioni e la durata delle celle a combustibile. Il monitoraggio del contenuto di CO è essenziale per prevenire l'avvelenamento del catalizzatore.
● Ammoniaca (NH3): Il rilevamento di tracce di ammoniaca nell'idrogeno per le celle a combustibile è fondamentale per proteggere il catalizzatore, mantenere le prestazioni della cella a combustibile, garantire la sicurezza e controllare la qualità. Nelle applicazioni pratiche, sono necessari metodi e strumenti analitici laser TDLAS ad alta sensibilità per rilevare con precisione tracce di ammoniaca nell'idrogeno.
● Livello di purezza dell'idrogeno: la purezza complessiva dell'idrogeno deve essere conforme a standard rigorosi come GB/T 37244-2018 Specifiche del carburante per veicoli a celle a combustibile a membrana a scambio protonico - Idrogeno \ISO 14687:2019(E), che stabiliscono i requisiti per i livelli accettabili di contaminanti nell'idrogeno utilizzato per le celle a combustibile. Il monitoraggio continuo della purezza dell'idrogeno garantisce che l'idrogeno sia conforme a questi standard, previene il degrado delle prestazioni e massimizza l'efficienza della cella a combustibile.
Considerazioni aggiuntive sulla sicurezza: installazione e integrità del sistema
Oltre alle problematiche relative alla purezza, per lo stoccaggio e la distribuzione dell'idrogeno all'interno dei sistemi a celle a combustibile sono fondamentali anche specifiche misure di sicurezza per l'installazione e l'integrità del sistema. Deve essere installato un sistema di rilevamento perdite per identificare eventuali perdite nella fornitura di idrogeno, che potrebbero comportare seri rischi per la sicurezza. Inoltre, è possibile utilizzare l'inertizzazione (ovvero l'aggiunta di un gas inerte per ridurre il rischio di combustione) per proteggere il sistema da accensioni accidentali.
Quali analizzatori vengono utilizzati per rilevare la purezza dell'idrogeno per le celle a combustibile?
Per mantenere il livello di purezza dell'idrogeno richiesto per il funzionamento delle celle a combustibile, vengono utilizzati diversi analizzatori avanzati per rilevare e rimuovere i contaminanti prima che l'idrogeno entri nella cella a combustibile.
| Elemento di misurazione | Applicazione | Prodotto consigliato |
| Umidità (H2O) | Un analizzatore di umidità rileva il vapore acqueo nell'idrogeno per garantire che quest'ultimo sia sufficientemente secco per il funzionamento della cella a combustibile, prevenendo così perdite di efficienza e danni ai componenti della cella stessa. | CI-AM171\ CI-PC35-2 |
| Purezza dell'idrogeno (H2) | Gli analizzatori di purezza forniscono dati in tempo reale sulla qualità complessiva dell'idrogeno, garantendo che soddisfi gli standard di purezza per le applicazioni delle celle a combustibile, come ad esempio la norma GB/T 37244-2018 "Specifiche del carburante per veicoli a celle a combustibile a membrana a scambio protonico - Idrogeno" e la norma ISO 14687:2019(E). Ciò garantisce un funzionamento efficiente delle celle a combustibile senza rischi di contaminazione. | Cromatografo CI-551-2, CI-PC9280-PDHID |
| Ossigeno (O2) | L'analizzatore di ossigeno monitora costantemente la presenza di ossigeno nell'idrogeno per garantire che i livelli di ossigeno rimangano entro limiti accettabili e per prevenire l'avvelenamento del catalizzatore. | CI-PC95-2\ CI-PC951-2\ CI-PC935 |
| monossido di carbonio (CO) | Gli analizzatori di monossido di carbonio sono essenziali per rilevare livelli di tracce di monossido di carbonio, prevenire l'avvelenamento dei catalizzatori di platino nelle celle a combustibile e mantenere un'elevata efficienza. | Cromatografo CI-PC21\ CI-PC9280-PDHID |
| Anidride carbonica (CO2) | Il rilevamento di tracce di anidride carbonica nell'idrogeno per le celle a combustibile è una misura fondamentale per garantire un funzionamento efficiente e stabile e per prolungare la durata di vita delle celle a combustibile. | Cromatografo CI-PC21\ CI-PC9280-PDHID |
| CnHm\CH4 | All'interno delle celle a combustibile, i composti idrocarburici possono subire reazioni di ossidazione, producendo anidride carbonica e acqua. Ciò non solo diluisce la concentrazione di idrogeno e riduce la potenza erogata dalle celle a combustibile, ma può anche causare contaminazione o avvelenamento del catalizzatore. | Cromatografo CI-PC9001\ CI-PC61\ CI-PC9260\ CI-PC9280-PDHID |
| Azoto | La rilevazione del contenuto di azoto aiuta a valutare la purezza dell'idrogeno; elevate concentrazioni di azoto possono diluire la concentrazione di idrogeno e ridurre la potenza erogata dalla cella a combustibile, garantendo che quest'ultima funzioni alle sue prestazioni ottimali. | Cromatografo CI-PC9280-PDHID |
| (N2) | ||
| Ammoniaca (NH3) | Il rilevamento di tracce di ammoniaca nell'idrogeno per celle a combustibile è fondamentale per la protezione del catalizzatore, il mantenimento delle prestazioni delle celle a combustibile, la garanzia della sicurezza e il controllo della qualità. | CI-PC62 |
Applicazioni per la produzione di idrogeno
● Misurazione della concentrazione di idrogeno iniettato nei gasdotti (per il trasporto, con riferimento al caso in cui l'idrogeno viene trasportato tramite gasdotti);
● Misurare la purezza/qualità dell'idrogeno immagazzinato per prevenire la contaminazione delle celle a combustibile;
● Misurazione del reforming del metano con vapore (SMR), della pirolisi del metanolo e della produzione di ossigeno dal gas di cokeria; rilevamento e controllo di qualità per la purificazione dell'idrogeno grigio e per i processi di produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua;
● Sicurezza e purezza dello stoccaggio dell'idrogeno.
