Strumentazione e analisi dei gas per l'idrogeno

L'idrogenosvolge un ruolo importante nella produzione dienergia rinnovabile. Glistrumenti di misurazione e analisi dei gas(analizzatore di gas idrogeno,sensore di pressione per idrogeno,misuratore di portata per idrogeno,sonda di temperatura) consentono di migliorare il processo di produzione, ridurre i costi e aumentare la durata dei processi di produzione, stoccaggio e trasporto dell'idrogeno, stazioni e celle a combustibile.

Strumentazione e analisi dei gas per l'idrogeno

Idrogeno, l'energia del futuro

L'idrogeno, spesso definito l'energia del futuro, promette di rivoluzionare il nostro approccio alla produzione e all'utilizzo dell'energia pulita. Si distingue per la sua pulizia, efficienza energetica e capacità di stoccaggio. Inoltre, è apprezzato anche per la sua versatilità e le sfide tecniche che presenta.

L'idrogeno, spesso definito il vettore energetico del futuro, è disponibile in una gamma di colori a seconda del suo metodo di produzione e del suo impatto ambientale. Ogni tipo è classificato con un colore che fornisce informazioni sui vantaggi e gli svantaggi associati al suo processo di produzione.

Dal 17 febbraio 2021, grazie a un decreto inserito nella legge sull'energia e il clima, il settore dell'idrogeno in Francia gode di un riconoscimento giuridico affermato nel Codice dell'energia. Questo quadro giuridico innovativo propone un approccio rinnovato per classificare l'idrogeno, abbandonando le vecchie categorie colorate a favore di una classificazione basata sulle caratteristiche ecologiche dell'idrogeno.

Pertanto, la valutazione dell'idrogeno si concentra ora sul suo impatto ambientale, mettendo in evidenza la natura della sua fonte energetica originaria e il volume delle emissioni di CO2 generate dalla sua produzione.

L'idrogeno rinnovabile include generalmente l'idrogeno verde e, talvolta, quello rosa, a condizione che l'energia nucleare sia considerata rinnovabile.

L'idrogeno a basse emissioni di carbonio o decarbonizzato comprende i tipi di idrogeno la cui produzione genera meno CO2 rispetto ai metodi tradizionali, in particolare l'idrogeno blu e talvolta l'idrogeno turchese. La direttiva sul mercato del gas e dell'idrogeno fissa la soglia a 3,38_kgCO2eq/kgH2 per la definizione di idrogeno a basse emissioni di carbonio.

Il termine "idrogeno carbonioso " è utilizzato per descrivere forme di idrogeno prodotte con un'impronta di carbonio significativa, come l'idrogeno nero o marrone.

Ogni tipo di idrogeno offre un compromesso tra costo, accessibilità e impatto ambientale, riflettendo la complessità del passaggio a un'economia basata sull'idrogeno e la necessità di continue innovazioni per raggiungere una produzione sostenibile ed economicamente sostenibile.

Metodo di produzione dell'idrogeno

Metodo convenzionale di produzione dell'idrogeno: Vaporeformazione o reforming a vapore (SMR)

Caratteristiche:

• Materie prime: Acqua, Metano, Gas naturale, GPL, Nafta
• Energia: Calore
• Vantaggi: metodo più economico, rappresenta il 90% della produzione mondiale di H2.
• Impronta di carbonio: da 1 a 6_kgCO2eq/kgH2

Per la produzione di idrogeno tramite vaporeforming, l'idrocarburo e il vapore acqueo vengono riscaldati in presenza di un catalizzatore. Si ottiene H2 o una miscela di CO e H2. Come materie prime vengono utilizzati idrocarburi leggeri quali metano, gas naturale, GPL e nafta. Questi materiali devono essere desolforati prima dell'uso.

Questo metodo di vaporeformazione del metano comporta una serie di reazioni chimiche in cui un idrocarburo reagisce con il vapore acqueo per produrre idrogeno e anidride carbonica.

In questo contesto, ogni strumento di misura svolge un ruolo specifico per garantire una produzione efficiente e sicura.

La misurazione della pressione è fondamentale per controllare la pressione all'interno dei reattori, garantendo così condizioni ottimali per le reazioni chimiche e la sicurezza complessiva del processo. In modo complementare, la misurazione della temperatura è essenziale; consente di monitorare e regolare la temperatura nel reattore, poiché il reforming richiede temperature elevate per essere efficace, influenzando direttamente le prestazioni e la durata delle apparecchiature.

La misurazione della portata svolge un ruolo indispensabile nella regolazione dell'apporto di vapore acqueo e idrocarburi nel reattore, garantendo così il mantenimento delle reazioni chimiche necessarie e una produzione continua di idrogeno.L'analisi dei gas viene utilizzata anche per esaminare la composizione dei gas prodotti, verificando l'effettiva conversione degli idrocarburi in idrogeno e rilevando impurità o sottoprodotti, come il monossido di carbonio, che potrebbero compromettere la qualità del gas.

Sebbene meno frequente, la misurazione del livello serve a controllare i volumi di liquidi, come acqua e idrocarburi, prima della loro trasformazione, garantendo una gestione accurata delle materie prime necessarie al processo.

Metodo convenzionale di produzione dell'idrogeno: elettrolisi

Caratteristiche:

• Materia prima: Acqua
• Energia: Elettricità
• Impronta di carbonio: da 0,3 a 2,77_kgCO2eq/kgH2

L'elettrolizzatore a idrogeno è all'avanguardia della tecnologia e sfrutta l'energia elettrica per separare l'acqua in idrogeno e ossigeno. Esistono diverse tecnologie di elettrolizzatori a idrogeno tra i produttori di elettrolizzatori a idrogeno: elettrolisi alcalina dell'acqua (AWE), elettrolisi a membrana a scambio protonico (PEM), elettrolisi a ossido solido (SOEC), elettrolizzatore a idrogeno con membrana a scambio anionico (AEM).

Garantire la massima efficienza e sicurezza di questo processo di produzione di idrogeno verde tramite elettrolisi dell'acqua dipende in larga misura da strumenti di misurazione e sistemi di controllo di precisione.

I sensori di pressione sono indispensabili per mantenere la pressione interna dell'elettrolizzatore a idrogeno entro limiti operativi di sicurezza, prevenendo così qualsiasi scenario di sovrapressione pericolosa. Altrettanto essenziale è il ruolo della tecnologia di misurazione della temperatura, che fornisce dati in tempo reale per monitorare lo stato termico dell'elettrolizzatore a idrogeno, una variabile che influenza in modo significativo l'efficienza e la longevità del processo.

I misuratori di portata per idrogeno offrono una quantificazione accurata dell'efficienza dell'elettrolizzatore di idrogeno, consentendo agli operatori di monitorare i tassi di produzione e di apportare modifiche per ottimizzare le prestazioni.

Infine,l'analisi della composizione dell'idrogeno svolge un ruolo essenziale nel garantire la purezza dell'idrogeno prodotto. Questo processo analitico assicura che l'idrogeno prodotto soddisfi gli elevati standard di qualità richiesti per diverse applicazioni, identificando al contempo eventuali impurità indesiderate o sottoprodotti che potrebbero emergere durante l'elettrolisi.

Metodo convenzionale di produzione dell'idrogeno: derivati dell'idrogeno, industria metallurgica, industria della soda.

Caratteristiche:

• Materie prime: carbone, minerale di ferro, acqua di mare (salamoia)
• Energia: Calore, Elettricità

La produzione di idrogeno come sottoprodotto in vari settori industriali, in particolare nella produzione di acciaio e soda caustica, presenta sfide uniche in termini di cattura, purificazione e utilizzo efficiente di questo prezioso gas. Ecco come la precisione degli strumenti di misura contribuisce al controllo e all'ottimizzazione di questi processi.

Nella metallurgia, in particolare nella produzione dell'acciaio, l'idrogeno viene spesso rilasciato durante la riduzione degli ossidi di ferro utilizzando metodi riduttivi alternativi. Il sensore di pressione dell'idrogeno in questo contesto aiuta a monitorare e controllare gli ambienti di reazione in cui viene generato l'idrogeno, garantendo condizioni di lavoro sicure e ottimali per la riduzione dei metalli. Anche la misurazione della temperatura è fondamentale, poiché garantisce che i forni e le altre attrezzature raggiungano e mantengano le temperature necessarie per una riduzione efficace dei metalli, gestendo al contempo la produzione di idrogeno.

Nell'industria della soda caustica, l'idrogeno viene prodotto come sottoprodotto dell'elettrolisi della salamoia nel processo cloro-alcali. Il Misurazione della pressione è indispensabile nel controllo delle celle elettrolitiche, dove le variazioni di pressione possono influenzare l'efficienza dell'elettrolisi e la sicurezza del processo. Le sonde di temperatura sono utilizzate per regolare le temperature delle celle, ottimizzando così le reazioni elettrolitiche e la quantità di idrogeno generato. La misurazione della portata controlla la portata della salamoia e delle soluzioni chimiche, garantendo un approvvigionamento stabile e una produzione continua.

In entrambi i casi, gli analizzatori di gas sono fondamentali per determinare la purezza dell'idrogeno recuperato. Questo passaggio è essenziale per decidere se l'idrogeno può essere utilizzato direttamente in altri processi industriali o se necessita di un'ulteriore purificazione. Ad esempio, la presenza di impurità come il monossido di carbonio può richiedere l'uso di tecnologie di purificazione come l'adsorbimento a pressione variabile (PSA) prima che l'idrogeno possa essere utilizzato in modo sicuro.

Infine, la misurazione del livello nei serbatoi di stoccaggio dell'idrogeno aiuta a gestire le scorte disponibili e a pianificare la produzione o la vendita dell'idrogeno in eccesso. Ciò consente non solo una gestione efficiente delle risorse, ma anche un'integrazione strategica dell'idrogeno nelle attività industriali globali dell'azienda.

Pertanto, l'integrazione di queste misure nei processi industriali non è solo una questione di conformità normativa, ma un elemento essenziale per aumentare l'efficienza, massimizzare il rendimento dell'idrogeno prodotto e rafforzare gli impegni in materia di sviluppo sostenibile delle industrie coinvolte.

Tecnologie future per la produzione di idrogeno: gassificazione del carbone

Caratteristiche:

• Materie prime: carbone, acqua
• Energia: Calore (combustibile fossile)
• Vantaggio: H2 ad alta densità,
• Co-prodotti: Scarti di carbone di scarsa qualità

La gassificazione del carbone è un metodo sofisticato di produzione dell'idrogeno che trasforma il carbone in una miscela di gas ricca di idrogeno, chiamata gas di sintesi.

Il carbonio immesso in un forno reagisce con l'O2 presente nell'aria formando CO2 e/o CO, oppure reagisce con il vapore acqueo formando CO e H2.

Il CO ottenuto reagisce con il vapore acqueo e si dissolve in CO e H2. CO + H2O CO2 + H2. Questo processo, che si svolge in un ambiente ad alta temperatura e pressione, richiede l'uso di tecnologie di misurazione avanzate per garantire l'efficienza e la sicurezza delle operazioni.

I sensori di pressione sono fondamentali per controllare con precisione le condizioni operative nel gassificatore, dove una pressione stabile è fondamentale per la reazione chimica.

La misurazione della temperatura svolge un ruolo fondamentale, poiché consente di monitorare e regolare le elevate temperature necessarie alla reazione di gassificazione.

Il flussometro garantisce un controllo rigoroso delle quantità di ossigeno e vapore acqueo iniettati, elementi chiave per una produzione ottimale di syngas.

Inoltre, l'analisi dei gas viene utilizzata per esaminare la composizione del syngas e regolare i parametri di processo in tempo reale, garantendo così la massimizzazione della produzione di idrogeno e riducendo al minimo le impurità. Infine, la misurazione del livello aiuta a gestire i serbatoi di stoccaggio delle materie prime e dei prodotti finiti, assicurando un approvvigionamento continuo ed efficiente del sistema.

Insieme, questi strumenti di misurazione consentono una gestione precisa ed efficiente della gassificazione del carbone, rendendo questo processo una componente fondamentale dell'industria moderna dell'idrogeno.

Tecnologie future per la produzione di idrogeno: conversione termochimica, termolisi della biomassa, fotolisi

Caratteristiche:

• Materia prima: acqua, biomassa (legno, scarti agricoli, residui forestali, ecc.)
• Energia: calore, elettricità, solare (energia rinnovabile)
• Vantaggio: utilizzo di energia naturale
• Impronta di carbonio: 2_kgCO2eq/khH2
• Coprodotti: olio, syngas, biochar

La produzione di idrogeno tramite conversione termochimica, termolisi della biomassa e fotolisi rappresenta un metodo innovativo che sfrutta diverse fonti di energia per decomporre le molecole dell'acqua o altri composti organici in idrogeno. Ciascuna di queste tecniche richiede strumenti di misurazione specializzati per ottimizzare i rendimenti e garantire la sicurezza dei processi.

Per la conversione termochimica e la termolisi della biomassa, dove vengono utilizzate temperature elevate per decomporre la biomassa in idrogeno e altri gas, la misurazione della temperatura è fondamentale. Consente di monitorare con precisione le condizioni di reazione, essenziali per ottenere la massima efficienza.

Anche la regolazione della pressione è importante per mantenere un ambiente controllato, ottimizzando così la reazione e la sicurezza.
Gli analizzatori di gas svolgono un ruolo fondamentale nel caratterizzare i gas prodotti e nell'adeguare di conseguenza i parametri di reazione, garantendo così la purezza dell'idrogeno prodotto e la riduzione dei sottoprodotti indesiderati.

Nel caso della fotolisi, che utilizza la luce, in particolare quella solare, per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno, la misurazione della portata viene utilizzata per controllare l'apporto di acqua e il rilascio dei gas, garantendo così un funzionamento continuo ed efficiente del sistema.

Imballaggio e trasporto dell'idrogeno

La fase di confezionamento e il trasporto su camion sono fondamentali per garantire una catena di approvvigionamento dell'idrogeno fluida e sicura.

I dispositivi di misurazione della pressione svolgono un ruolo fondamentale nel monitoraggio della pressione durante la compressione dell'idrogeno e il suo mantenimento nei serbatoi di stoccaggio o nelle bombole durante il trasporto. Ciò evita i rischi associati agli aumenti di pressione che potrebbero compromettere l'integrità dei contenitori.

Il monitoraggio della temperatura è fondamentale per garantire che l'idrogeno non subisca variazioni termiche che potrebbero causare pericolosi aumenti di pressione durante lo stoccaggio e il trasporto.

Per quanto riguarda la misurazione della portata, essa è indispensabile per quantificare con precisione la velocità con cui l'idrogeno viene caricato o scaricato dagli impianti di stoccaggio, consentendo una gestione ottimizzata e una fatturazione accurata.

Anchel'analisi dei gas è fondamentale: garantisce che l'idrogeno rimanga privo di contaminazioni durante tutto il suo trasporto, preservandone così la purezza per gli usi finali.

Infine, la misurazione del livello viene utilizzata per determinare con precisione il volume di idrogeno presente nei serbatoi di stoccaggio durante il trasporto, garantendo una chiara conoscenza delle quantità in circolazione e contribuendo a prevenire sovraccarichi o carenze di prodotto.

Stazioni di distribuzione dell'idrogeno

Le stazioni di distribuzione dell'idrogeno sono punti nevralgici che assicurano il collegamento tra i produttori di idrogeno e gli utenti finali. La precisione e la sicurezza in queste stazioni sono garantite da strumenti di misurazione specializzati che coordinano la distribuzione.

Il controllo della pressione è fondamentale per garantire una distribuzione sicura dell'idrogeno ai veicoli o ai contenitori, assicurando che la pressione durante il rifornimento rimanga entro i parametri di sicurezza.

La misurazione della temperatura è fondamentale per controllare la temperatura dell'idrogeno e dell'ambiente della stazione, due fattori che influiscono sulla sicurezza e sull'efficienza della distribuzione. Un monitoraggio attento consente di evitare variazioni di pressione dovute a cambiamenti di temperatura.

Per quanto riguarda i dispositivi di misurazione del flusso, essi garantiscono una misurazione precisa della quantità di idrogeno erogata, essenziale sia per la gestione delle scorte che per l'accuratezza della fatturazione ai consumatori.

L'analisi della composizione del gas serve a confermare la purezza dell'idrogeno al momento della vendita, un criterio di qualità che può determinare l'efficienza energetica dei veicoli a idrogeno.

Infine, le sonde di livello sono indispensabili per monitorare la quantità di idrogeno disponibile per la distribuzione, consentendo così di gestire in modo efficiente le riserve della stazione per rispondere in modo continuo alla domanda. Insieme, queste misure costituiscono la base tecnologica che rende possibile il funzionamento affidabile e sicuro delle stazioni di distribuzione dell'idrogeno, elementi chiave dell'infrastruttura energetica del futuro.

Cella a combustibile per la produzione di energia stazionaria (Stationary PAC)