Gli strumenti di misura Fuji Electric sono progettati per rispondere efficacemente alle sfide cruciali dell'industria dell'idrogeno, in ogni fase della sua produzione.
Ecco come affrontiamo questi problemi:
Gestione dei costi: le nostre tecnologie avanzate consentono di ridurre al minimo i costi di produzione e di esercizio, aiutandovi a rimanere competitivi nel mercato dell'energia verde.
Efficienza produttiva: vi aiutiamo a migliorare i rendimenti dei processi di produzione dell'idrogeno, massimizzando la produttività e riducendo gli sprechi energetici.
Affidabilità delle apparecchiature: Le nostre soluzioni robuste garantiscono la longevità e la resistenza degli impianti, anche in condizioni operative difficili e in presenza di corrosione.
Qualità del prodotto: Assicuriamo una misurazione accurata e affidabile della purezza dell'idrogeno, garantendo la qualità essenziale per le sue applicazioni nei settori della mobilità e dell'industria.
Noi di Fuji Electric vi mettiamo in condizione di affrontare le sfide di oggi e di prepararvi a un futuro più verde e sostenibile.
Produzione sostenibile
Conformità agli standard attuali
Sicurezza del processo
Costi di produzione inferiori
Idrogeno, l'energia del futuro
L'idrogeno, spesso definito l'energia del futuro, promette di rivoluzionare il nostro approccio alla produzione e all'utilizzo di energia pulita. Si distingue per la pulizia, l'efficienza energetica e la capacità di stoccaggio. È anche apprezzato per la sua versatilità e per le sfide tecniche che presenta.
Caratteristiche dell'energia da idrogeno
Pulito e sostenibile: l'idrogeno è una fonte di energia pulita, che produce principalmente acqua quando viene utilizzato in una cella a combustibile. Questo lo rende un'alternativa interessante ai combustibili fossili per ridurre le emissioni di gas serra e combattere il cambiamento climatico.
Elevata efficienza energetica: le celle a combustibile che utilizzano l'idrogeno convertono l'energia chimica direttamente in elettricità, offrendo un'efficienza superiore rispetto ai metodi di conversione energetica tradizionali come la combustione.
Accumulo di energia: l'idrogeno può essere immagazzinato in forma gassosa o liquida, consentendo un utilizzo flessibile in diverse applicazioni energetiche, tra cui i trasporti, le energie rinnovabili intermittenti e le esigenze industriali.
Versatilità: l'idrogeno può essere prodotto da diverse fonti, tra cui le energie rinnovabili, il gas naturale, il carbone o persino i rifiuti organici, rendendo il suo approvvigionamento adattabile e diversificato.
Sfide tecniche: nonostante i suoi numerosi vantaggi, la produzione, lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno presentano importanti sfide tecniche, soprattutto in termini di sicurezza a causa della sua elevata infiammabilità e delle sue piccole dimensioni molecolari, che possono portare a perdite attraverso materiali non appositamente progettati per contenerlo.
L'idrogeno, spesso descritto come il vettore energetico del futuro, è disponibile in una gamma di colori che dipende dal modo in cui viene prodotto e dal suo impatto ambientale. Ogni tipo è classificato da un colore che fornisce informazioni sui vantaggi e gli svantaggi associati al suo processo di produzione.
L'idrogeno nero e l'idrogeno bruno sono prodotti rispettivamente dalla gassificazione del carbone e della lignite. Questi metodi emettono grandi quantità di CO2 e altri gas serra, rappresentando una sfida importante per la transizione ecologica.
L'idrogeno verde è prodotto dall'elettrolisi dell'acqua utilizzando energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili come l'energia solare ed eolica. È l'opzione più sostenibile e pulita, ma rimane costosa a causa del costo dell'energia rinnovabile e della tecnologia di elettrolisi.
L'idrogeno rosa (talvolta chiamato rosso o viola), simile all'idrogeno verde, è generato dall'elettrolisi, ma in particolare dall'energia nucleare. Sebbene abbia una bassa impronta di carbonio, solleva preoccupazioni sulla sicurezza nucleare e sul trattamento delle scorie radioattive.
L'idrogeno blu è prodotto da idrocarburi, come il gas naturale, utilizzando un processo di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) per ridurre al minimo le emissioni. È più pulito dell'idrogeno nero o marrone, ma si basa ancora sui combustibili fossili e richiede un'infrastruttura CCS efficiente.
L'idrogeno bianco si riferisce all'idrogeno geotermico, estratto direttamente da fonti naturali, ma la sua disponibilità è limitata alle regioni geotermicamente attive.
L'idrogeno turchese si ottiene dalla pirolisi del metano, un metodo più pulito perché produce carbonio solido anziché CO2. Tuttavia, questa tecnologia è ancora in una fase iniziale di sviluppo.
L'idrogeno giallo è talvolta utilizzato per indicare l'idrogeno prodotto per elettrolisi utilizzando energia elettrica proveniente da un mix di fonti rinnovabili e fossili, il che lo colloca a metà strada tra il verde e il grigio in termini di impronta di carbonio.
L'idrogeno grigio viene prodotto dal gas naturale mediante steam reforming senza catturare la CO2 emessa, il che lo rende una fonte significativa di emissioni di gas serra.
Dal 17 febbraio 2021, grazie a un'ordinanza ancorata nella Legge sull'Energia e il Clima, il settore dell'idrogeno in Francia beneficia di un riconoscimento giuridico affermato all'interno del Codice dell'Energia. Questo quadro giuridico innovativo propone un approccio rinnovato alla classificazione dell'idrogeno, abbandonando le vecchie categorie colorate a favore di una classificazione basata sugli attributi ecologici dell'idrogeno.
Di conseguenza, la valutazione dell'idrogeno si concentra ora sul suo impatto ambientale, evidenziando la natura della sua fonte energetica originaria e il volume delle emissioni di CO2 generate dalla sua produzione.
L'idrogeno rinnovabile comprende generalmente l'idrogeno verde e talvolta quello rosa, a condizione che l'energia nucleare sia considerata rinnovabile.
L'idrogenoa basse emissioni di carbonio comprende 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 stabilisce una soglia di 3,38 kgCO2eq/kg diH2 per la definizione di idrogeno a basse emissioni di carbonio.
L'idrogeno gassato è un termine utilizzato per descrivere forme di idrogeno prodotte con un'ampia impronta di carbonio, come l'idrogeno nero o marrone.
Ogni tipo di idrogeno offre un compromesso tra costo, accessibilità e impatto ambientale, riflettendo la complessità della transizione verso un'economia dell'idrogeno e la necessità di una continua innovazione per ottenere una produzione sostenibile ed economicamente valida.
Metodo di produzione dell'idrogeno
Metodo convenzionale di produzione dell'idrogeno: steam reforming (SMR)
Caratteristiche :
Materie prime: Acqua, Metano, Gas naturale, GPL, Nafta
Energia : calore
Vantaggi: il metodo più economico, che rappresenta il 90% della produzione globale di H2
Impronta di carbonio: da 1 a 6 kgCO2eq/kg diH2
Per produrre idrogeno mediante steam reforming, l'idrocarburo e il vapore vengono riscaldati in presenza di un catalizzatore. Si ottiene H2 o una miscela di CO e H2. Come materie prime si utilizzano idrocarburi leggeri come metano, gas naturale, GPL e nafta. Questi materiali devono essere desolforati prima dell'uso.
Questo metodo di steam reforming del metano prevede una serie di reazioni chimiche in cui un idrocarburo reagisce con il vapore per produrre idrogeno e anidride carbonica.
In questo contesto, ogni strumento di misura svolge un ruolo specifico nel garantire una produzione efficiente e sicura.
La misurazione della pressione è essenziale per controllare la pressione all'interno dei reattori, garantendo condizioni ottimali per le reazioni chimiche e la sicurezza generale del processo. Anche la misura della temperatura è fondamentale, in quanto consente di monitorare e regolare la temperatura nel reattore, dato che il reforming richiede temperature elevate per essere efficace, influenzando direttamente le prestazioni e la longevità dell'apparecchiatura.
La misurazione del flusso svolge un ruolo indispensabile nella regolazione dell'alimentazione di vapore e idrocarburi al reattore, garantendo il mantenimento delle reazioni chimiche necessarie e la 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 eventuali impurità o sottoprodotti, come il monossido di carbonio, che potrebbero compromettere la qualità del gas.
Anche se meno comune, la misura di livello viene utilizzata per controllare i volumi di liquidi, come acqua e idrocarburi, prima della loro lavorazione, garantendo una gestione accurata delle materie prime necessarie al processo.
Strumentazione adattata per lo steam reforming (SMR)
Metodo convenzionale di produzione dell'idrogeno: elettrolisi
Caratteristiche :
Materia prima: Acqua
Energia: Elettricità
Impronta di carbonio: da 0,3 a 2,77 kgCO2eq/kg diH2
Gli elettrolizzatori sono all'avanguardia della tecnologia e sfruttano l'energia elettrica per separare l'acqua in idrogeno e ossigeno. Esistono diverse tecnologie: l'elettrolisi dell'acqua alcalina (AWE), l'elettrolisi a membrana a scambio protonico (PEM), l'elettrolisi a ossido solido (SOEC) e l'elettrolisi a membrana a scambio anionico (AEM).
Per garantire la massima efficienza e sicurezza in questo processo di produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua, è necessario ricorrere a strumenti di misura e sistemi di controllo di precisione.
I sensori di pressione sono essenziali per mantenere la pressione interna dell'elettrolizzatore entro i limiti operativi di sicurezza, evitando così pericolosi scenari di sovrapressione. Altrettanto essenziale è il ruolo della tecnologia di misurazione della temperatura, che fornisce dati in tempo reale per monitorare lo stato termico dell'elettrolizzatore, una variabile che influenza in modo significativo l'efficienza e la durata del processo.
I flussimetri peridrogeno forniscono una quantificazione accurata della produzione di idrogeno, consentendo agli operatori di monitorare i tassi di produzione e di effettuare regolazioni 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 qualitativi richiesti per le varie applicazioni, identificando al contempo eventuali impurità o sottoprodotti indesiderati che possono 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 diversi settori industriali, tra cui la produzione di acciaio e soda caustica, presenta sfide uniche per la cattura, la purificazione e l'uso efficiente di questo prezioso gas. Ecco come la precisione degli strumenti di misura aiuta a controllare e ottimizzare questi processi.
In metallurgia, in particolare nella produzione di acciaio, l'idrogeno viene spesso rilasciato durante la riduzione degli ossidi di ferro utilizzando metodi di riduzione alternativi. In questo contesto, il sensore di pressione dell'idrogeno 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, in quanto garantisce che i forni e le altre apparecchiature raggiungano e mantengano le temperature necessarie per una riduzione efficiente 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-soda. La misurazione della pressione svolge un ruolo cruciale nel controllo delle celle elettrolitiche, dove le variazioni di pressione possono influenzare l'efficienza dell'elettrolisi e la sicurezza del processo. I sensori di temperatura sono utilizzati per regolare le temperature delle celle, ottimizzando le reazioni elettrolitiche e la quantità di idrogeno generato. La misurazione del flusso controlla il flusso di salamoia e di soluzioni chimiche, garantendo una fornitura stabile e una produzione continua.
In entrambi i casi, gli analizzatori di gas sono essenziali per determinare la purezza dell'idrogeno recuperato. Questa fase è fondamentale per decidere se l'idrogeno può essere utilizzato direttamente in altri processi industriali o se richiede 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 (PSA) prima che l'idrogeno possa essere utilizzato in modo sicuro.
Infine, la misurazione del livello nei serbatoi di idrogeno aiuta a gestire le scorte disponibili e a pianificare la produzione o la vendita di idrogeno in eccesso. Ciò consente non solo una gestione efficiente delle risorse, ma anche l'integrazione strategica dell'idrogeno nelle attività industriali complessive dell'azienda.
L'integrazione di queste misure nei processi industriali non è quindi solo una questione di conformità normativa, ma un elemento cruciale per aumentare l'efficienza, massimizzare la resa dell'idrogeno prodotto e rafforzare gli impegni di sviluppo sostenibile delle industrie coinvolte.
Strumentazione adatta ai derivati dell'idrogeno nell'industria metallurgica e della soda
Tecnologie future per la produzione di idrogeno: gassificazione del carbone
Caratteristiche :
Materie prime: Carbone, Acqua
Energia : calore (combustibile fossile)
Vantaggio: alta densità H2,
Co-prodotti: rifiuti di carbone di scarsa qualità
La gassificazione del carbone è un metodo sofisticato di produzione di idrogeno che trasforma il carbone in una miscela di gas ricca di idrogeno, nota come syngas.
Il carbonio iniettato in un forno reagisce con l'O2 dell'aria per formare CO2 e/o CO, oppure reagisce con il vapore acqueo per formare CO e H2.
Il CO ottenuto reagisce con il vapore acqueo, dissolvendosi in CO e H2. CO + H2O CO2 + H2. Questo processo, che avviene in un ambiente pressurizzato e ad alta temperatura, richiede l'uso di tecnologie di misura avanzate per garantire l'efficienza e la sicurezza delle operazioni.
I sensori di pressione sono essenziali per controllare accuratamente le condizioni operative nel gassificatore, dove una pressione stabile è fondamentale per la reazione chimica.
La misurazione della temperatura svolge un ruolo fondamentale nel monitoraggio e nella regolazione delle alte temperature necessarie per la reazione di gassificazione.
Il flussometro assicura un controllo rigoroso delle quantità di ossigeno e vapore acqueo iniettate, 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, assicurando che la produzione di idrogeno sia massimizzata e che le impurità siano ridotte al minimo. Infine, la misurazione del livello aiuta a gestire i serbatoi di stoccaggio degli input e dei prodotti finiti, garantendo un'alimentazione continua ed efficiente del sistema.
Insieme, questi strumenti di misura consentono di gestire la gassificazione del carbone in modo accurato ed efficiente, rendendo il processo una componente vitale della moderna industria dell'idrogeno.
Strumentazione adatta alla gassificazione del carbone
La produzione di idrogeno mediante conversione termochimica, la termolisi delle biomasse e la fotolisi sono metodi innovativi che sfruttano varie fonti di energia per scindere le molecole d'acqua o altri composti organici in idrogeno. Ognuna di queste tecniche richiede strumenti di misura specializzati per ottimizzare i rendimenti e garantire la sicurezza del processo.
Per la conversione termochimica e la termolisi della biomassa, dove le alte temperature vengono utilizzate per scomporre la biomassa in idrogeno e altri gas, la misurazione della temperatura è fondamentale. Essa 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 la reazione e la sicurezza. Glianalizzatori di gas svolgono un ruolo fondamentale nella caratterizzazione dei gas prodotti e nella regolazione dei parametri di reazione, garantendo la purezza dell'idrogeno prodotto e riducendo i sottoprodotti indesiderati.
Nel caso della fotolisi, che utilizza la luce, in particolare quella solare, per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno, la misurazione del flusso viene utilizzata per controllare l'apporto di acqua e il rilascio di gas, assicurando un funzionamento continuo ed efficiente del sistema.
Strumentazione per la conversione termochimica, termolisi della biomassa, fotolisi
La fase di imballaggio 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 e il mantenimento dell'idrogeno nei serbatoi di stoccaggio o nelle bombole durante il trasporto. In questo modo si evitano i rischi associati agli aumenti di pressione che potrebbero compromettere l'integrità dei serbatoi.
Il monitoraggio della temperatura è essenziale per garantire che l'idrogeno non subisca variazioni termiche che potrebbero causare pericolosi aumenti di pressione durante lo stoccaggio e il trasporto.
La misurazione del flusso è essenziale per quantificare con precisione la velocità di caricamento o scaricamento dell'idrogeno dagli impianti di stoccaggio, consentendo una gestione ottimizzata e una fatturazione accurata.
Anche l'analisi dei gas è fondamentale: assicura che l'idrogeno rimanga privo di contaminazioni durante il suo transito, preservandone 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 aiutando a prevenire sovraccarichi o carenze di prodotto.
Strumentazione adeguata per il condizionamento e il trasporto dell'idrogeno
Le stazioni di distribuzione dell'idrogeno fungono da centri nevralgici, fungendo da collegamento tra i produttori di idrogeno e gli utenti finali. La precisione e la sicurezza di queste stazioni sono garantite dagli strumenti di misura specializzati che gestiscono il processo di distribuzione.
Il controllo della pressione è fondamentale per la distribuzione sicura dell'idrogeno ai veicoli o ai serbatoi, garantendo che la pressione durante il rifornimento rimanga entro parametri sicuri.
La misurazione della temperatura è particolarmente importante per controllare la temperatura dell'idrogeno e dell'ambiente della stazione, due fattori che influenzano la sicurezza e l'efficienza del processo di erogazione. Un monitoraggio accurato aiuta a evitare le variazioni di pressione causate dalle variazioni di temperatura.
Per quanto riguarda i misuratori di portata, essi assicurano una misurazione accurata della quantità di idrogeno erogato, essenziale sia per la gestione delle scorte che per la fatturazione accurata ai consumatori.
L'analisi della composizione del gas viene utilizzata per confermare la purezza dell'idrogeno al momento della vendita, un criterio di qualità che può determinare l'efficienza energetica dei veicoli alimentati a idrogeno.
Infine, i sensori di livello sono essenziali per monitorare la quantità di idrogeno disponibile per la distribuzione, consentendo di gestire in modo efficiente le riserve della stazione per soddisfare la domanda su base continuativa. Insieme, queste misure costituiscono la base tecnologica per il funzionamento sicuro e affidabile delle stazioni di rifornimento di idrogeno, elementi chiave dell'infrastruttura energetica di domani.
Strumentazione per le stazioni di rifornimento di idrogeno
Cella a combustibile stazionaria (PAC stazionaria)
Le celle a combustibile stazionarie per la generazione di energia (PAC stazionarie) utilizzano l'idrogeno per generare elettricità in modo pulito ed efficiente e sono dotate di una serie di strumenti di misura essenziali per ottimizzarne il funzionamento e garantirne la sicurezza.
Gli strumenti di misura della pressione svolgono un ruolo cruciale nel monitoraggio della pressione dell'idrogeno fornito alle celle, assicurando che il gas sia erogato a livelli ottimali per la reazione elettrochimica. Anche i sensori di temperatura sono essenziali, in quanto controllano la temperatura all'interno delle celle a combustibile, evitando il surriscaldamento che potrebbe danneggiare i componenti e ridurre l'efficienza del sistema.
I sensori di flusso assicurano un controllo preciso del flusso di idrogeno e ossigeno nelle celle, fondamentale per mantenere il corretto equilibrio dei reagenti e massimizzare la produzione di energia.
Gli analizzatori di gas vengono utilizzati per monitorare la qualità dell'idrogeno e rilevare eventuali contaminanti che potrebbero influire sulle prestazioni o sulla durata delle celle. Infine, le sonde di livello sono spesso integrate per monitorare i livelli di idrogeno immagazzinato, garantendo una fornitura continua senza interruzioni di servizio.
Questi strumenti di misura sono quindi essenziali per il funzionamento sicuro ed efficiente dei PAC stazionari, consentendo un monitoraggio in tempo reale e una risposta rapida ai cambiamenti delle condizioni operative. Il loro utilizzo garantisce che questi sistemi possano fornire una fonte di energia affidabile e sostenibile, sostenendo al contempo gli obiettivi ambientali di riduzione delle emissioni e di promozione delle energie rinnovabili.
Strumentazione per le stazioni di rifornimento di idrogeno
