Toepassingen van waterstofenergie
Zorg voor een zuivere waterstofinstallatie om optimale prestaties van de brandstofcellen te garanderen.
Dankzij geavanceerde technologie voor het detecteren van de zuiverheid van waterstof, wordt de optimale prestatie van brandstofcellen gegarandeerd. Door het monitoren en beheersen van verontreinigingen zoals sporen van vocht, zuurstof, koolmonoxide, kooldioxide, stikstof, totale koolwaterstoffen en zwavel, worden brandstofcellen beschermd en de operationele efficiëntie gemaximaliseerd.
Het belang van waterstofzuiverheid in brandstofcellen
De brandstofcel speelt een cruciale rol in de waterstofenergievoorzieningsketen, met name in de transportsector zoals treinen, auto's en schepen. De brandstofcel zet waterstof efficiënt om in elektriciteit en produceert zo schone energie met water als enig bijproduct. Of de waterstof nu rechtstreeks afkomstig is van een productiesysteem of een opslagsysteem, brandstofcellen hebben waterstof van hoge zuiverheid nodig voor optimale prestaties. Onzuiverheden in waterstof van hoge zuiverheid kunnen de prestaties van de brandstofcel verminderen en op de lange termijn schade veroorzaken.
Brandstofcellen zijn extreem gevoelig voor onzuiverheden, die aanleiding kunnen geven tot diverse nadelige effecten. Zelfs sporen van verontreinigingen zoals vocht (H₂O), zuurstof (O₂), stikstof (N₂) en koolmonoxide (CO) kunnen de energieomzettingsrendementen verminderen en het vermogen verlagen. Na verloop van tijd kunnen deze verontreinigingen ook de componenten van de brandstofcel beschadigen, met name de katalysatoren (protonenuitwisselingsmembraan), wat leidt tot hoge onderhouds- of vervangingskosten. Voor brandstofcellen die voldoen aan GB/T 37244-2018 Brandstofspecificatie voor brandstofcelvoertuigen met protonenuitwisselingsmembraan—Waterstof \ISO 14687:2019(E), is het van bijzonder belang om de zuiverheid van waterstof te waarborgen, aangezien deze norm strikte limieten stelt aan de concentraties van onzuiverheden zoals H₂O, O₂ en N₂. De specifieke eigenschappen en het gehalte aan onzuiverheden in waterstof variëren afhankelijk van de bron, of het nu gaat om stoommethaanreforming (SMR), methanolpyrolyse, zuurstofproductie uit cokesovengas, zuivering van grijze waterstof of elektrolyse. Elke waterstofproductiemethode kan verschillende verontreinigingen introduceren, die moeten worden gecontroleerd en beheerst voordat de waterstof de brandstofcel binnenkomt.
Belangrijke zuiverheidsindicatoren voor waterstof voor brandstofcellen
Om ervoor te zorgen dat de waterstof die voor brandstofcellen wordt gebruikt, voldoet aan de noodzakelijke normen voor hoge prestaties, zijn de volgende belangrijke zuiverheidsindicatoren van cruciaal belang:
● Vocht in waterstof (waterdamp): Een te hoog vochtgehalte kan de elektrochemische reactie in de brandstofcel verstoren, de efficiëntie verminderen en brandstofcelcomponenten beschadigen. Het monitoren van het vochtgehalte in waterstof is cruciaal om ervoor te zorgen dat de waterstof voldoende droog is voor optimale prestaties van de brandstofcellen.
● Zuurstof in waterstof: Zuurstofverontreiniging kan het vermogen en de efficiëntie van brandstofcellen verminderen. Zelfs kleine hoeveelheden zuurstof kunnen de prestaties van een brandstofcel na verloop van tijd aanzienlijk verslechteren. Continue monitoring van het zuurstofgehalte zorgt ervoor dat de waterstof deze schadelijke verontreiniging niet bevat.
● Koolmonoxide (CO): Koolmonoxide is een van de schadelijkste verontreinigingen voor brandstofcellen, met name protonenuitwisselingsmembraanbrandstofcellen (PEM-brandstofcellen). CO adsorbeert op de platina-katalysator, waardoor het vermogen om de waterstof-zuurstofreactie te faciliteren afneemt. Zelfs sporen van CO kunnen de prestaties en levensduur van de brandstofcel aanzienlijk verminderen. Het monitoren van het CO-gehalte is essentieel om katalysatorvergiftiging te voorkomen.
● Ammoniak (NH3): Het detecteren van sporen ammoniak in waterstof voor brandstofcellen is cruciaal voor de bescherming van de katalysator, het behoud van de prestaties van de brandstofcel, de veiligheid en de kwaliteitscontrole. In de praktijk zijn zeer gevoelige TDLAS-laseranalysemethoden en -instrumenten nodig om sporen ammoniak in waterstof nauwkeurig te detecteren.
● Zuiverheidsniveau van waterstof: De algehele zuiverheid van waterstof moet voldoen aan strenge normen zoals GB/T 37244-2018 Brandstofspecificatie voor protonuitwisselingsmembraanbrandstofcelvoertuigen - Waterstof \ISO 14687:2019(E), die eisen stellen aan aanvaardbare verontreinigingsniveaus in waterstof die wordt gebruikt voor brandstofcellen. Continue monitoring van de waterstofzuiverheid zorgt ervoor dat de waterstof aan deze normen voldoet, voorkomt prestatievermindering en maximaliseert de efficiëntie van de brandstofcel.
Aanvullende veiligheidsaspecten: Installatie en systeemintegriteit
Naast de zuiverheidsaspecten zijn specifieke installatieveiligheidsmaatregelen en systeemintegriteitsmaatregelen cruciaal voor de opslag en distributie van waterstof in brandstofcelsystemen. Er moet een lekdetectiesysteem worden geïnstalleerd om eventuele lekken in de waterstoftoevoer op te sporen, aangezien deze ernstige veiligheidsrisico's kunnen opleveren. Bovendien kan inertisering (d.w.z. het toevoegen van een inert gas om het risico op verbranding te verminderen) worden gebruikt om het systeem te beschermen tegen onbedoelde ontsteking.
Welke analysatoren worden gebruikt om de zuiverheid van waterstof voor brandstofcellen te bepalen?
Om de vereiste zuiverheid van waterstof voor de werking van brandstofcellen te garanderen, worden diverse geavanceerde analyseapparaten gebruikt om verontreinigingen op te sporen en te verwijderen voordat de waterstof de brandstofcel binnenkomt.
| Meetitem | Sollicitatie | Aanbevolen product |
| Vocht (H2O) | Een vochtanalysator detecteert waterdamp in waterstof om ervoor te zorgen dat de waterstof voldoende droog is voor de werking van de brandstofcel, waardoor efficiëntieverlies en schade aan brandstofcelcomponenten worden voorkomen. | CI-AM171\ CI-PC35-2 |
| Zuiverheid van waterstof (H2) | Zuiverheidsanalysatoren leveren realtime gegevens over de algehele kwaliteit van waterstof, waardoor wordt gegarandeerd dat deze voldoet aan de zuiverheidsnormen voor brandstofceltoepassingen zoals GB/T 37244-2018 Brandstofspecificatie voor protonuitwisselingsmembraanbrandstofcelvoertuigen—Waterstof \ISO 14687:2019(E). Dit garandeert een efficiënte werking van de brandstofcel zonder risico op verontreiniging. | CI-551-2, CI-PC9280-PDHID Chromatografie |
| Zuurstof (O2) | De zuurstofanalysator meet continu de aanwezigheid van zuurstof in waterstof om ervoor te zorgen dat het zuurstofgehalte binnen acceptabele grenzen blijft en katalysatorvergiftiging wordt voorkomen. | CI-PC95-2\ CI-PC951-2\ CI-PC935 |
| Koolmonoxide (CO) | Koolmonoxide-analysatoren zijn essentieel voor het detecteren van sporen van koolmonoxide, het voorkomen van vergiftiging van platina-katalysatoren in brandstofcellen en het behouden van een hoog rendement. | CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDChromatograaf |
| Koolstofdioxide (CO2) | Het detecteren van sporen koolstofdioxide in waterstof voor brandstofcellen is een cruciale maatregel om een efficiënte en stabiele werking te garanderen en de levensduur van brandstofcellen te verlengen. | CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDChromatograaf |
| CnHm\CH4 | Koolwaterstofverbindingen kunnen in brandstofcellen oxidatiereacties ondergaan, waarbij kooldioxide en water ontstaan. Dit verlaagt niet alleen de waterstofconcentratie en vermindert het vermogen van de brandstofcellen, maar kan ook leiden tot verontreiniging of vergiftiging van de katalysator. | CI-PC9001\ CI-PC61\ CI-PC9260\ CI-PC9280-PDHID-chromatograaf |
| Stikstof | Het meten van het stikstofgehalte helpt bij het beoordelen van de zuiverheid van waterstof; hoge stikstofconcentraties kunnen de waterstofconcentratie verdunnen en het uitgangsvermogen van de brandstofcel verminderen, waardoor het essentieel is om te zorgen dat de brandstofcel optimaal presteert. | CI-PC9280-PDHID Chromatograaf |
| (N2) | ||
| Ammoniak (NH3) | Het detecteren van sporen ammoniak in waterstof voor brandstofcellen is cruciaal voor de bescherming van de katalysator, het behoud van de prestaties van de brandstofcel, de veiligheidsborging en de kwaliteitscontrole. | CI-PC62 |
Toepassingen voor waterstofproductie
● Het meten van de concentratie waterstof die in aardgasleidingen wordt geïnjecteerd (voor transport - hier verwijzend naar het scenario waarbij waterstof via aardgasleidingen wordt getransporteerd);
● Het meten van de zuiverheid/kwaliteit van opgeslagen waterstof om besmetting van brandstofcellen te voorkomen;
● Meting van stoommethaanreforming (SMR), methanolpyrolyse en zuurstofproductie uit cokesovengas; detectie en kwaliteitscontrole voor processen voor de zuivering van grijze waterstof en waterstofproductie via waterelektrolyse;
● Veiligheid en zuiverheid van waterstofopslag.
