Instrumentación y análisis de gases para el hidrógeno
Instrumentación y análisis de gases para el hidrógeno
El hidrógeno desempeña un papel importante en la producción de energías renovables. Los instrumentos de medición y análisis de gases(analizador de gas hidrógeno, sensor de presión de hidrógeno,caudalímetro de hidrógeno, transmisores de temperatura) ayudan a mejorar el proceso de fabricación, reducir costes y aumentar la vida útil de los procesos de producción de hidrógeno, almacenamiento y transporte de hidrógeno, estaciones y pilas de combustible.
Instrumentación y análisis de gases para el hidrógeno
Los instrumentos de medición de Fuji Electric están diseñados para responder eficazmente a los retos cruciales de la industria del hidrógeno, en todas las fases de su producción.
Así es como abordamos estas cuestiones:
Gestión de costes: nuestras avanzadas tecnologías minimizan los costes de producción y explotación, ayudándole a mantener su competitividad en el mercado de la energía verde.
Eficiencia de la producción: le ayudamos a mejorar el rendimiento de los procesos de producción de hidrógeno, maximizando la productividad y reduciendo el derroche de energía.
Fiabilidad de los equipos: Nuestras robustas soluciones garantizan la longevidad y resistencia de las instalaciones, incluso en condiciones de funcionamiento difíciles y frente a la corrosión.
Calidad del producto: Aseguramos una medición precisa y fiable de la pureza del hidrógeno, garantizando la calidad esencial para sus aplicaciones en los sectores de la movilidad y la industria.
En Fuji Electric, le equipamos para afrontar los retos actuales y prepararle para un futuro más ecológico y sostenible.
Producción sostenible
Cumplimiento de las normas vigentes
Seguridad de los procesos
Reducir los costes de producción
Hidrógeno, la energía del futuro
El hidrógeno, a menudo bautizado como la energía del futuro, promete revolucionar nuestro enfoque de la producción y el uso de energías limpias. Destaca por su limpieza, eficiencia energética y capacidad de almacenamiento. También es apreciado por su versatilidad y los retos técnicos que plantea.
Características de la energía del hidrógeno
Limpio y sostenible: el hidrógeno es una fuente de energía limpia, que produce principalmente agua cuando se utiliza en una pila de combustible. Esto la convierte en una alternativa atractiva a los combustibles fósiles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y combatir el cambio climático.
Alta eficiencia energética: las pilas de combustible que utilizan hidrógeno convierten la energía química directamente en electricidad, ofreciendo una mayor eficiencia que los métodos tradicionales de conversión de energía, como la combustión.
Almacenamiento de energía: el hidrógeno puede almacenarse en forma gaseosa o líquida, lo que permite un uso flexible en diversas aplicaciones energéticas, como el transporte, las energías renovables intermitentes y las necesidades industriales.
Versatilidad: el hidrógeno puede producirse a partir de diversas fuentes, como las energías renovables, el gas natural, el carbón o incluso los residuos orgánicos, lo que hace que su suministro sea adaptable y diversificado.
Retos técnicos: A pesar de sus numerosas ventajas, la producción, almacenamiento y transporte de hidrógeno presentan importantes retos técnicos, sobre todo en términos de seguridad debido a su alta inflamabilidad y pequeño tamaño molecular, que pueden provocar fugas a través de materiales no especialmente diseñados para contenerlo.
El hidrógeno, a menudo descrito como el vector energético del futuro, se presenta en una gama de colores en función de cómo se produce y de su impacto medioambiental. Cada tipo se clasifica por un color que proporciona información sobre las ventajas e inconvenientes asociados a su proceso de producción.
El hidrógeno negro y el hidrógeno marrón se producen mediante la gasificación del carbón y el lignito, respectivamente. Estos métodos emiten grandes cantidades de CO2 y otros gases de efecto invernadero, lo que supone un gran reto para la transición ecológica.
El hidrógeno verde se produce por electrólisis del agua utilizando electricidad procedente de fuentes renovables, como la energía solar y eólica. Es la opción más sostenible y limpia, pero sigue siendo cara debido al coste de la energía renov able y de la tecnología de electrólisis.
El hidrógeno rosa (a veces llamado rojo o morado), similar al verde, se genera por electrólisis, pero específicamente a partir de laenergía nuclear. Aunque tiene una baja huella de carbono, suscita preocupación por la seguridad nuclear y el tratamiento de los residuos radiactivos.
El hidrógeno azul se produce a partir de hidrocarburos, como el gas natural, mediante un proceso de captura y almacenamiento de carbono (CAC) para minimizar las emisiones. Es más limpio que el hidrógeno negro o marrón, pero sigue dependiendo de combustibles fósiles y requiere una infraestructura de CAC eficiente.
El hidrógeno blanco es hidrógeno geotérmico, extraído directamente de fuentes naturales, pero su disponibilidad se limita a las regiones geotérmicamente activas.
El hidrógeno turquesa se obtiene por pirólisis del metano, que es un método más limpio porque produce carbono sólido en lugar de CO2. Sin embargo, esta tecnología se encuentra aún en una fase temprana de desarrollo.
El hidrógeno amarillo se utiliza a veces para referirse al hidrógeno producido por electrólisis utilizando electricidad procedente de una mezcla de fuentes renovables y fósiles, lo que lo sitúa a medio camino entre el verde y el gris en términos de huella de carbono.
El hidrógeno gris se fabrica a partir de gas natural mediante reformado al vapor sin capturar el CO2 emitido, lo que lo convierte en una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero.
Desde el 17 de febrero de 2021, gracias a una ordenanza anclada en la Ley de Energía-Clima, el sector del hidrógeno en Francia se beneficia de un reconocimiento legal afirmado dentro del Código de la Energía. Este marco jurídico innovador propone un enfoque renovado para clasificar el hidrógeno, abandonando las antiguas categorías de colores en favor de una clasificación basada en los atributos ecológicos del hidrógeno.
En consecuencia, la evaluación del hidrógeno se centra ahora en su impacto medioambiental, destacando la naturaleza de su fuente de energía original y el volumen de emisiones de CO2 generadas por su producción.
El hidrógeno renovable incluye generalmente el hidrógeno verde, y a veces el rosa, siempre que la energía nuclear se considere renovable.
El hidrógeno bajo en carbono engloba los tipos de hidrógeno cuya producción genera menos CO2 que los métodos tradicionales, en particular el hidrógeno azul y a veces el turquesa. La Directiva sobre el mercado del gas y el hidrógeno establece un umbral de 3,38 kgCO2eq/kgH2 para la definición de hidrógeno bajo en carbono.
Hidrógeno carbonatado es un término utilizado para describir formas de hidrógeno producido con una gran huella de carbono, como el hidrógeno negro o marrón.
Cada tipo de hidrógeno ofrece un compromiso entre coste, accesibilidad e impacto ambiental, lo que refleja la complejidad de la transición a una economía del hidrógeno y la necesidad de innovación continua para lograr una producción sostenible y económicamente viable.
Método de producción de hidrógeno
Método convencional de producción de hidrógeno: reformado con vapor (SMR)
Características :
Materias primas: agua, metano, gas natural, GLP, nafta
Energía : calor
Ventajas: el método más barato, representa el 90% de la producción mundial de H2
Huella de carbono: de 1 a 6 kgCO2eq/kgH2
Para producir hidrógeno por reformado con vapor, el hidrocarburo y el vapor se calientan en presencia de un catalizador. Se obtiene H2 o una mezcla de CO y H2. Como materia prima se utilizan hidrocarburos ligeros como el metano, el gas natural, el GLP y la nafta. Estas materias deben desulfurarse antes de su utilización.
Este método de reformado al vapor del metano implica una serie de reacciones químicas en las que un hidrocarburo reacciona con el vapor para producir hidrógeno y dióxido de carbono.
En este contexto, cada instrumento de medición desempeña un papel específico para garantizar una producción eficaz y segura.
La medición de la presión es esencial para controlar la presión dentro de los reactores, garantizando unas condiciones óptimas para las reacciones químicas y la seguridad general del proceso. La medición de la temperatura también es crucial, pues permite controlar y regular la temperatura del reactor, ya que el reformado requiere altas temperaturas para ser eficaz, lo que influye directamente en el rendimiento y la longevidad del equipo.
La medición del caudal desempeña un papel indispensable en la regulación del suministro de vapor e hidrocarburos al reactor, garantizando el mantenimiento de las reacciones químicas necesarias y la producción continua de hidrógeno. Elanálisis de gases también se utiliza para examinar la composición de los gases producidos, verificando la conversión efectiva de hidrocarburos en hidrógeno y detectando impurezas o subproductos, como el monóxido de carbono, que podrían comprometer la calidad del gas.
Aunque menos común, la medición de nivel se utiliza para controlar los volúmenes de líquidos, como el agua y los hidrocarburos, antes de su procesamiento, garantizando una gestión precisa de las materias primas necesarias para el proceso.
Instrumentación adaptada al reformado con vapor (SMR)
Método convencional de producción de hidrógeno: electrólisis
Características :
Materia prima: Agua
Energía: Electricidad
Huella de carbono: de 0,3 a 2,77 kgCO2eq/kgH2
Los electrolizadores están a la vanguardia de la tecnología y aprovechan la energía eléctrica para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. Existen diferentes tecnologías: electrólisis del agua alcalina (AWE), electrólisis de membrana de intercambio protónico (PEM), electrólisis de óxido sólido (SOEC) y electrólisis de membrana de intercambio aniónico (AEM).
Garantizar la máxima eficacia y seguridad en este proceso de producción de hidrógeno por electrólisis del agua depende en gran medida de instrumentos de medición y sistemas de control de precisión.
Los sensores de presión son esenciales para mantener la presión interna del electrolizador dentro de unos límites operativos seguros, evitando así cualquier escenario peligroso de sobrepresión. Igualmente esencial es el papel de la tecnología de medición de temperatura, que proporciona datos en tiempo real para controlar el estado térmico del electrolizador, una variable que influye significativamente en la eficiencia y la longevidad del proceso.
Los caudalímetros dehidrógeno proporcionan una cuantificación precisa del rendimiento del hidrógeno, lo que permite a los operarios controlar los índices de producción y realizar ajustes para optimizar el rendimiento.
Por último, elanálisis de la composición del hidrógeno desempeña un papel esencial para garantizar la pureza del hidrógeno producido. Este proceso analítico asegura que el hidrógeno producido cumple las normas de alta calidad requeridas para diversas aplicaciones, al tiempo que identifica cualquier impureza o subproducto indeseable que pueda surgir durante la electrólisis.
Método convencional de producción de hidrógeno: Derivados del hidrógeno, Industria metalúrgica, Industria de la ceniza de sosa
Características :
Materias primas: carbón, mineral de hierro, agua de mar (salmuera)
Energía: calor, electricidad
La producción de hidrógeno como subproducto en diversos sectores industriales, como la siderurgia y la fabricación de sosa cáustica, plantea retos únicos en la captura, purificación y uso eficiente de este valioso gas. He aquí cómo la precisión de los instrumentos de medición ayuda a controlar y optimizar estos procesos.
En la metalurgia, especialmente en la producción de acero, a menudo se libera hidrógeno durante la reducción de óxidos de hierro utilizando métodos reductores alternativos. En este contexto, el sensor de presión de hidrógeno ayuda a supervisar y controlar los entornos de reacción en los que se genera hidrógeno, garantizando unas condiciones de trabajo seguras y óptimas para la reducción de metales. La medición de la temperatura también es fundamental, ya que garantiza que los hornos y otros equipos alcancen y mantengan las temperaturas necesarias para una reducción eficaz del metal al tiempo que se gestiona la producción de hidrógeno.
En la industria de la sosa cáustica, el hidrógeno se produce como subproducto de la electrólisis de la salmuera en el proceso cloroalcalino. La medición de la presión desempeña un papel crucial en el control de las celdas electrolíticas, donde las variaciones de presión pueden influir en la eficacia de la electrólisis y en la seguridad del proceso. Los sensores de temperatura se utilizan para regular la temperatura de las celdas, optimizando las reacciones electrolíticas y la cantidad de hidrógeno generado. La medición del caudal controla el flujo de salmuera y soluciones químicas, garantizando un suministro estable y una producción continua.
En ambos casos, los analizadores de gases son esenciales para determinar la pureza del hidrógeno recuperado. Este paso es crucial para decidir si el hidrógeno puede utilizarse directamente en otros procesos industriales o si requiere una mayor purificación. Por ejemplo, la presencia de impurezas como el monóxido de carbono puede requerir el uso de tecnologías de purificación como la adsorción por cambio de presión (PSA) antes de que el hidrógeno pueda utilizarse de forma segura.
Por último, la medición del nivel en los depósitos de almacenamiento de hidrógeno ayuda a gestionar las existencias disponibles y a planificar la producción o la venta de los excedentes de hidrógeno. Esto no sólo permite una gestión eficaz de los recursos, sino también la integración estratégica del hidrógeno en el conjunto de las actividades industriales de la empresa.
Así pues, integrar estas medidas en los procesos industriales no es sólo una cuestión de cumplimiento de la normativa, sino un elemento crucial para aumentar la eficiencia, maximizar el rendimiento del hidrógeno producido y reforzar los compromisos de desarrollo sostenible de las industrias implicadas.
Instrumentación adaptada a los derivados del hidrógeno en la metalurgia y la industria de la sosa
Futuras tecnologías de producción de hidrógeno: gasificación del carbón
Características :
Materias primas: carbón, agua
Energía : Calor (combustible fósil)
Ventaja: H2 de alta densidad,
Coproductos: Residuos de carbón de baja calidad
La gasificación del carbón es un sofisticado método de producción de hidrógeno que transforma el carbón en una mezcla gaseosa rica en hidrógeno conocida como syngas.
El carbono inyectado en un horno reacciona con el O2 del aire para formar CO2 y/o CO, o reacciona con vapor de agua para formar CO y H2.
El CO obtenido reacciona con el vapor de agua, disolviéndose en CO y H2. CO + H2O CO2 + H2. Este proceso, que tiene lugar en un entorno presurizado a alta temperatura, requiere el uso de tecnologías de medición avanzadas para garantizar la eficacia y la seguridad de las operaciones.
Los sensores de presión son esenciales para controlar con precisión las condiciones de funcionamiento en el gasificador, donde una presión estable es crucial para la reacción química.
La medición de la temperatura desempeña un papel fundamental en el control y la regulación de las altas temperaturas necesarias para la reacción de gasificación.
El caudalímetro garantiza un control riguroso de las cantidades de oxígeno y vapor de agua inyectadas, elementos clave para una producción óptima de gas de síntesis.
Además, el análisis de gases se utiliza para examinar la composición del gas de síntesis y ajustar los parámetros del proceso en tiempo real, garantizando que se maximiza la producción de hidrógeno al tiempo que se minimizan las impurezas. Por último, la medición de niveles ayuda a gestionar los tanques de almacenamiento de insumos y productos acabados, garantizando una alimentación continua y eficaz del sistema.
Juntos, estos instrumentos de medición permiten gestionar la gasificación del carbón con precisión y eficacia, convirtiendo el proceso en un componente vital de la moderna industria del hidrógeno.
Instrumentación adaptada a la gasificación del carbón
Energía: calor, electricidad, solar (energía renovable)
Ventaja: aprovechamiento de la energía natural
Huella de carbono: 2 kgCO2eq/khH2
Coproductos: aceite, gas de síntesis, biocarbón
La producción de hidrógeno por conversión termoquímica, termólisis de biomasa y fotólisis son métodos innovadores que aprovechan diversas fuentes de energía para descomponer moléculas de agua u otros compuestos orgánicos en hidrógeno. Cada una de estas técnicas requiere instrumentos de medición especializados para optimizar el rendimiento y garantizar la seguridad del proceso.
Para la conversión termoquímica y la termólisis de la biomasa, en las que se utilizan altas temperaturas para descomponer la biomasa en hidrógeno y otros gases, la medición de la temperatura es crucial. Permite controlar con precisión las condiciones de reacción, esenciales para lograr la máxima eficiencia.
La regulación de la presión también es importante para mantener un entorno controlado, optimizando la reacción y la seguridad. Los analizadores de gases desempeñan un papel fundamental a la hora de caracterizar los gases producidos y ajustar los parámetros de reacción en consecuencia, garantizando la pureza del hidrógeno producido y reduciendo los subproductos no deseados.
En el caso de la fotólisis, que utiliza la luz, en particular la luz solar, para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, la medición del caudal se utiliza para controlar el suministro de agua y la liberación de gases, garantizando que el sistema funcione de forma continua y eficaz.
Instrumentación para conversión termoquímica, termólisis de biomasa, fotólisis
La fase de envasado y el transporte por camión son cruciales para garantizar una cadena de suministro de hidrógeno fluida y segura.
Los dispositivos de medición de la presión desempeñan un papel fundamental en el control de la presión a medida que el hidrógeno se comprime y se mantiene en los depósitos de almacenamiento o las botellas durante el transporte. Así se evitan los riesgos asociados a los aumentos de presión que podrían comprometer la integridad de los depósitos.
El control de la temperatura es esencial para garantizar que el hidrógeno no sufra variaciones térmicas que puedan provocar peligrosos aumentos de presión durante su almacenamiento y transporte.
La medición del caudal es esencial para cuantificar con precisión la velocidad a la que se carga o descarga el hidrógeno de las instalaciones de almacenamiento, lo que permite optimizar la gestión y facturar con exactitud.
Elanálisis de gases también es vital: garantiza que el hidrógeno permanezca libre de contaminación a lo largo de su tránsito, preservando su pureza para los usos finales.
Por último, la medición del nivel se utiliza para determinar con precisión el volumen de hidrógeno presente en los tanques de almacenamiento durante el transporte, lo que garantiza un conocimiento claro de las cantidades en circulación y ayuda a evitar sobrecargas o escasez de producto.
Instrumentación adecuada para acondicionar y transportar hidrógeno
Las estaciones de distribución de hidrógeno actúan como centros neurálgicos, sirviendo de enlace entre los productores de hidrógeno y los usuarios finales. La precisión y la seguridad de estas estaciones están garantizadas por los instrumentos de medición especializados que orquestan el proceso de distribución.
El control de la presión es fundamental para la distribución segura de hidrógeno a vehículos o contenedores, ya que garantiza que la presión durante el repostaje se mantenga dentro de unos parámetros seguros.
La medición de la temperatura es de vital importancia para controlar la temperatura del hidrógeno y del entorno de la estación, dos factores que influyen en la seguridad y la eficacia de la dispensación. Una supervisión cuidadosa ayuda a evitar las variaciones de presión provocadas por los cambios de temperatura.
En cuanto a los caudalímetros, garantizan una medición precisa de la cantidad de hidrógeno dispensado, lo que es esencial tanto para la gestión de las existencias como para la facturación exacta a los consumidores.
Elanálisis de la composición del gas sirve para confirmar la pureza del hidrógeno en el momento de la venta, un criterio de calidad que puede determinar la eficiencia energética de los vehículos impulsados por hidrógeno.
Por último, los sensores de nivel son esenciales para controlar la cantidad de hidrógeno disponible para su distribución, lo que permite gestionar eficazmente las reservas de la estación para satisfacer la demanda de forma permanente. En conjunto, estas medidas constituyen la base tecnológica para el funcionamiento seguro y fiable de las estaciones de servicio de hidrógeno, elementos clave de la infraestructura energética del mañana.
Instrumentación adecuada para las estaciones de servicio de hidrógeno
Pila de combustible estacionaria (PAC estacionaria)
Las pilas de combustible estacionarias para generación de energía (PAC estacionarias) utilizan hidrógeno para generar electricidad de forma limpia y eficiente, y están equipadas con una serie de instrumentos de medición esenciales para optimizar su funcionamiento y garantizar su seguridad.
Los instrumentos de medición de la presión desempeñan un papel crucial en el control de la presión del hidrógeno suministrado a las pilas, garantizando que el gas se suministra a niveles óptimos para la reacción electroquímica. Los sensores de temperatura también son esenciales, ya que controlan la temperatura dentro de las pilas de combustible, evitando el sobrecalentamiento que podría dañar los componentes y reducir la eficiencia del sistema.
Los sensores de flujo garantizan un control preciso del flujo de hidrógeno y oxígeno en las células, lo que es vital para mantener el equilibrio correcto entre los reactantes y maximizar la producción de energía.
Los analizadores de gas se utilizan para controlar la calidad del hidrógeno y detectar cualquier contaminante que pueda afectar al rendimiento o la vida útil de la pila. Por último, a menudo se integran sondas de nivel para controlar los niveles de hidrógeno almacenado, garantizando un suministro continuo sin interrupción del servicio.
Por lo tanto, estos instrumentos de medición son esenciales para el funcionamiento seguro y eficiente de las PAC estacionarias, ya que permiten la supervisión en tiempo real y una respuesta rápida a los cambios en las condiciones de funcionamiento. Su uso garantiza que estos sistemas puedan proporcionar una fuente de energía fiable y sostenible, al tiempo que apoyan los objetivos medioambientales de reducción de emisiones y fomento de las energías renovables.
Instrumentación adecuada para las estaciones de servicio de hidrógeno
