Aplicações da energia do hidrogênio
Garantir a pureza do hidrogênio é essencial para o desempenho ideal das células a combustível.
Graças à tecnologia avançada de detecção da pureza do hidrogênio, o desempenho ideal das células a combustível é garantido. Ao monitorar e controlar contaminantes como traços de umidade, oxigênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrogênio, hidrocarbonetos totais e enxofre, o sistema protege as células a combustível e maximiza a eficiência operacional.
A importância da pureza do hidrogênio nas células a combustível
A célula de combustível desempenha um papel crucial na cadeia de suprimento de energia de hidrogênio, especialmente no setor de transportes, como trens, automóveis e navios. Ela converte o hidrogênio de volta em eletricidade de forma eficiente, produzindo energia limpa com água como único subproduto. Seja o hidrogênio proveniente diretamente de um sistema de produção ou de um sistema de armazenamento, as células de combustível exigem hidrogênio de alta pureza para atingir o desempenho ideal. Quaisquer impurezas no hidrogênio de alta pureza podem reduzir o desempenho da célula de combustível e causar danos a longo prazo.
As células a combustível são extremamente sensíveis a impurezas, que podem causar diversos efeitos adversos. Mesmo contaminantes em quantidades mínimas, como umidade (H₂O), oxigênio (O₂), nitrogênio (N₂) e monóxido de carbono (CO), podem inibir a eficiência da conversão de energia e reduzir a potência de saída. Com o tempo, esses contaminantes também podem danificar os componentes da célula a combustível, principalmente os catalisadores (membrana de troca de prótons), resultando em altos custos de manutenção ou substituição. Para células a combustível em conformidade com a norma GB/T 37244-2018 Especificação de Combustível para Veículos com Célula a Combustível de Membrana de Troca de Prótons—Hidrogênio \ISO 14687:2019(E)], é particularmente importante manter a pureza do hidrogênio, visto que essa norma estabelece limites rigorosos para as concentrações de impurezas como H₂O, O₂ e N₂. As propriedades específicas e o teor de impurezas no hidrogênio variam dependendo da fonte, seja ela reforma a vapor do metano (SMR), pirólise do metanol, produção de oxigênio a partir de gás de forno de coque, purificação de hidrogênio cinza ou eletrólise. Cada método de produção de hidrogênio pode introduzir diferentes contaminantes, que precisam ser monitorados e controlados antes que o hidrogênio entre na célula de combustível.
Indicadores-chave de pureza do hidrogênio para células a combustível
Para garantir que o hidrogênio usado em células de combustível atenda aos padrões necessários para alto desempenho, os seguintes indicadores-chave de detecção de pureza são essenciais:
● Umidade no hidrogênio (vapor de água): Um teor de umidade excessivamente alto pode interferir na reação eletroquímica dentro da célula a combustível, reduzir a eficiência e danificar os componentes da célula. Monitorar o teor de umidade residual no hidrogênio é fundamental para garantir que ele esteja suficientemente seco para manter o desempenho ideal das células a combustível.
● Oxigênio no hidrogênio: A contaminação por oxigênio pode reduzir a potência e a eficiência das células a combustível. Mesmo pequenas quantidades de oxigênio podem degradar significativamente o desempenho das células a combustível ao longo do tempo. O monitoramento contínuo do teor de oxigênio garante que o hidrogênio não contenha esse contaminante prejudicial.
● Monóxido de carbono (CO): O monóxido de carbono é um dos contaminantes mais nocivos para as células a combustível, especialmente as células a combustível de membrana de troca de prótons (PEM). O CO adsorve-se ao catalisador de platina, reduzindo sua capacidade de facilitar a reação hidrogênio-oxigênio. Mesmo traços de CO podem degradar significativamente o desempenho e a vida útil da célula a combustível. O monitoramento do teor de CO é essencial para prevenir o envenenamento do catalisador.
● Amônia (NH3): A detecção de traços de amônia no hidrogênio para células a combustível é crucial para proteger o catalisador, manter o desempenho da célula, garantir a segurança e controlar a qualidade. Em aplicações práticas, métodos e instrumentos analíticos a laser TDLAS de alta sensibilidade são necessários para detectar com precisão traços de amônia no hidrogênio.
● Nível de pureza do hidrogênio: A pureza geral do hidrogênio deve estar em conformidade com normas rigorosas, como GB/T 37244-2018 Especificação de combustível para veículos com célula a combustível de membrana de troca de prótons - Hidrogênio \ISO 14687:2019(E), que estabelecem requisitos para níveis aceitáveis de contaminantes no hidrogênio usado em células a combustível. O monitoramento contínuo da pureza do hidrogênio garante que ele esteja em conformidade com essas normas, evita a degradação do desempenho e maximiza a eficiência da célula a combustível.
Considerações adicionais de segurança: Instalação e integridade do sistema
Além das preocupações com a pureza, medidas específicas de segurança de instalação e integridade do sistema também são cruciais para o armazenamento e distribuição de hidrogênio em sistemas de células a combustível. Um sistema de detecção de vazamentos deve ser instalado para identificar quaisquer vazamentos no suprimento de hidrogênio, que podem representar sérios riscos à segurança. Além disso, a inertização (ou seja, a adição de um gás inerte para reduzir o risco de combustão) pode ser usada para proteger o sistema contra eventos de ignição acidental.
Quais analisadores são usados para detectar a pureza do hidrogênio para células a combustível?
Para manter o nível de pureza do hidrogênio necessário para o funcionamento da célula a combustível, utiliza-se uma variedade de analisadores avançados para detectar e remover contaminantes antes que o hidrogênio entre na célula a combustível.
| Item de medição | Aplicativo | Produto recomendado |
| Umidade (H2O) | Um analisador de umidade detecta o vapor de água no hidrogênio para garantir que ele esteja suficientemente seco para o funcionamento da célula de combustível, evitando assim perdas de eficiência e danos aos componentes da célula. | CI-AM171\ CI-PC35-2 |
| Pureza do hidrogênio (H2) | Os analisadores de pureza fornecem dados em tempo real sobre a qualidade geral do hidrogênio, garantindo que ele atenda aos padrões de pureza para aplicações em células a combustível, como GB/T 37244-2018 Especificação de Combustível para Veículos com Célula a Combustível de Membrana de Troca de Prótons — Hidrogênio \ISO 14687:2019(E). Isso garante a operação eficiente da célula a combustível sem riscos de contaminação. | Cromatograma CI-551-2, CI-PC9280-PDHID |
| Oxigênio (O2) | O analisador de oxigênio monitora continuamente a presença de oxigênio no hidrogênio para garantir que os níveis de oxigênio permaneçam dentro dos limites aceitáveis e evitar o envenenamento do catalisador. | CI-PC95-2\ CI-PC951-2\ CI-PC935 |
| Monóxido de carbono (CO) | Os analisadores de monóxido de carbono são essenciais para detectar níveis residuais de monóxido de carbono, prevenir o envenenamento de catalisadores de platina em células de combustível e manter alta eficiência. | CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDChromatograph |
| Dióxido de carbono (CO2) | A detecção de traços de dióxido de carbono no hidrogênio para células a combustível é uma medida fundamental para garantir uma operação eficiente e estável e prolongar a vida útil das células a combustível. | CI-PC21\ CI-PC9280-PDHIDChromatograph |
| CnHm\CH4 | Os compostos de hidrocarbonetos podem sofrer reações de oxidação dentro das células a combustível, produzindo dióxido de carbono e água. Isso não só dilui a concentração de hidrogênio e reduz a potência de saída das células a combustível, como também pode causar contaminação ou envenenamento do catalisador. | CI-PC9001\ CI-PC61\ CI-PC9260\ CI-PC9280-PDHID Cromatógrafo |
| Azoto | A detecção do teor de nitrogênio ajuda a avaliar a pureza do hidrogênio; altas concentrações de nitrogênio podem diluir a concentração de hidrogênio e reduzir a potência de saída da célula de combustível, garantindo que a célula opere com desempenho ideal. | Cromatograma CI-PC9280-PDHID |
| (N2) | ||
| Amônia (NH3) | A detecção de traços de amônia no hidrogênio para células a combustível é crucial para a proteção do catalisador, a manutenção do desempenho da célula a combustível, a garantia de segurança e o controle de qualidade. | CI-PC62 |
Aplicações da Produção de Hidrogênio
● Medição da concentração de hidrogênio injetado em gasodutos (para transporte - aqui referindo-se ao cenário em que o hidrogênio é transportado por meio de gasodutos);
● Medir a pureza/qualidade do hidrogênio armazenado para evitar a contaminação das células de combustível;
● Medição da reforma a vapor do metano (SMR), pirólise do metanol e produção de oxigênio a partir de gás de forno de coque; detecção e controle de qualidade para processos de purificação de hidrogênio cinza e produção de hidrogênio por eletrólise da água;
● Segurança e pureza do armazenamento de hidrogênio.
