Zwiększenie efektywności produkcji zielonego wodoru
Zmniejszenie emisji dzięki optymalizacji wydajności i bezpieczeństwa produkcji wodoru
Elektroliza, najważniejszy proces produkcji zielonego wodoru, jest wciąż stosunkowo mało efektywna. Dla obniżenia kosztów produkcji zielonego wodoru kluczowe znaczenie ma zwiększenie efektywności procesu elektrolizy. Dokładne ustawienie parametrów pracy elektrolizerów, takich jak gęstość prądu, temperatura i ciśnienie robocze, może mieć znaczny wpływ na efektywność energetyczną. Optymalizacja tych parametrów może do maksimum zwiększyć wielkość produkcji zielonego wodoru, przy jednoczesnym ograniczeniu do minimum zużycia energii odnawialnej i materiałów.
Najważniejsze fakty
70%
of electrical energy is currently converted into hydrogen. (Source: IEA 2021 report)
Schematy procesu produkcji wodoru
©Endress+Hauser
©Endress+Hauser
Schemat procesów zachodzących w elektrolizerze alkalicznym oraz mierzone parametry procesowe.
Schemat procesów zachodzących w elektrolizerze PEM oraz mierzone parametry procesowe.
©Endress+Hauser
Pomiar jakości wody celem zwiększenia efektywności elektrolizy
Produkcja zielonego wodoru polega na elektrolizie wody. Proces ten wymaga dużych ilości wody. Zrównoważone wykorzystanie zasobów wody to ważny element procesu produkcji zielonego wodoru. Aby do minimum ograniczyć obecność zanieczyszczeń, które mogłyby zakłócać reakcję chemiczną i zmniejszać efektywność procesu produkcji zielonego wodoru, do elektrolizy powinna być stosowana woda czysta lub destylowana. Wodę o wysokiej czystości uzyskuje się np. w procesie odwróconej osmozy.
Nasza wiedza ekspercka
Niezbędny jest tu pomiar następujących parametrów: poziom, przepływ, ciśnienie, przewodność i w niektórych przypadkach pH.
- Przewodność to najważniejszy mierzony parametr jakości wody. Nasz cyfrowy czujnik przewodnościMemosens CLSE16 jest wyposażony w technologię Memosens 2.0 i funkcję indukcyjnej transmisji danych pomiarowych, oraz ich przechowywania.
- Aby zapewnić niezawodne zasilanie elektrolizera wodą, stosuje się przepływomierze monitorujące przepływ cieczy przewodzących. Promag W 10 to pierwszy na świecie przepływomierz elektromagnetyczny pozwalający na swobodny wybór sposobu zabudowy.
- Pomiar ciśnienia podczas przygotowania wody do elektrolizy jest niezbędny do wykrywania niedrożności w procesach filtracji i osmozy. Nasz przetwornik ciśnieniaCerabar PMP51B to wiarygodny i łatwy w obsłudze czujnik pozwalający na zmniejszenie błędów systematycznych podczas produkcji zielonego wodoru.
- Pomiar poziomu ma kluczowe znaczenie dla utrzymania stałego dopływu, ochrony przed suchobiegiem i umożliwienia efektywnego wykorzystania zasobów. Levelflex FMP51 to przetwornik poziomu przeznaczony do separatorów wodoru i tlenu, bardzo odporny na substancje korozyjne.
©Endress+Hauser
Elektroliza wody alkalicznej
Elektroliza wody alkalicznej jest procesem polegającym na rozdzieleniu wody na wodór i tlen w elektrolizerze. W metodzie tej elektrolitem jest roztwór alkaliczny, zwykle wodorotlenek potasu, ułatwiający zachodzenie reakcji elektrochemicznych. Jedną z głównych zalet elektrolizy wody alkalicznej jest jej efektywność i prostota, dzięki czemu jest to opłacalna technologia produkcji wodoru na dużą skalę, zwłaszcza gdy do zasilania służą odnawialne źródła energii, a nie paliwa kopalne.
Nasza wiedza ekspercka
W celu zwiększenia efektywności produkcji i zapewnienia optymalnej wydajności, niezbędny jest pomiar parametrów takich, jak przepływ, poziom, temperatura i ciśnienie. Endress+Hauser dostarcza aparaturę do pomiaru wszystkich krytycznych parametrów.
- Do zapewnienia efektywnej produkcji tlenu, idealnym rozwiązaniem jest zastosowanie przepływomierza wirowegoProwirl F 200.
- Jeśli poziom wody w separatorach za bardzo wzrośnie, woda może przelać się do ogniw elektrolizera. Przed przelaniem zapobiega sygnalizator wibracyjnyLiquiphant FTL51B z widełkami kamertonowymi.
- Temperatura w elektrolizerze wpływa na tempo reakcji elektrolizy. Do optymalizacji parametrów pracy elektrolizera można wykorzystać nasz czujnik temperaturyiTHERM Moduline TM131.
- Przewodność to najważniejszy mierzony parametr jakości wody. Nasz cyfrowy czujnik przewodnościMemosens CLSE16 jest wyposażony w technologię Memosens 2.0 z funkcją indukcyjnej transmisji danych pomiarowych, oraz ich przechowywania.
©Endress+Hauser
Elektroliza PEM
Elektrolizery z membraną do wymiany protonów (PEM) to kolejna obok elektrolizy alkalicznej szeroko stosowana technologia. Technologia ta wykorzystuje membranę polimerową jako elektrolit stały, elektrolizer ma kompaktową konstrukcję, co pozwala na precyzyjną kontrolę, więc doskonale nadaje się zwłaszcza do aplikacji produkcji zielonego wodoru wymagających elastyczności i szybkości reakcji. Zalety elektrolizerów PEM to wysoka wydajność, szybka reakcja na zmienne obciążenie i przydatność w systemach zdecentralizowanej produkcji wodoru.
Nasza wiedza ekspercka
Dla osiągnięcia optymalnej wydajności produkcji wodoru z wykorzystaniem zasobów odnawialnych zamiast paliw kopalnych, kluczowe znaczenie ma pomiar najważniejszych parametrów. W celu zapewnienia niezawodnej pracy systemów elektrolizy PEM parametry takie jak przepływ, poziom, temperatura i ciśnienie, niezbędne do optymalizacji procesu, mogą być skutecznie monitorowane za pomocą aparatury pomiarowej Endress+Hauser.
- Przepływomierze masowe Coriolisa to bardzo dokładne i wiarygodne przyrządy do pomiaru strumienia masy. PrzepływomierzPromass F 300 może służyć do optymalizacji parametrów pracy elektrolizera PEM.
- Pomiar poziomu w separatorach zapewnia czystość wodoru. Przetwornik poziomuLevelflex FMP51 jest przeznaczony do stosowania w separatorach wodoru i tlenu.
- Niestabilne ciśnienie gazów stwarza ryzyko eksplozji. Redukcję błędów systematycznych umożliwia nasz przetwornik ciśnieniaCerabar PMP51B - przyrząd wiarygodny i łatwy w obsłudze.
©Adobe Stock/ Grispb
Bezpieczne sprężanie i magazynowanie wodoru
Wodór to jedyny nośnik energii, który pozwala na efektywne magazynowanie nadmiaru energii metodą kompresji lub magazynowania w kawernach solnych. Alternatywnym sposobem magazynowania i transportowania wodoru są ciekłe organiczne nośniki wodoru (LOHC). Metoda polega na chemicznym wiązaniu z ciekłym związkiem organicznym, dzięki czemu osiąga on wyższą gęstość energii niż wodór gazowy.
Nasza wiedza ekspercka
Wraz ze wzrostem zainteresowania systemami LOHC ze względu na ich zdolności do magazynowania wodoru, kluczowe znaczenie ma monitorowanie i optymalizacja zachodzących w nich procesów. Bardzo dokładne, wiarygodne i precyzyjne czujniki Endress+Hauser umożliwiają niezawodne monitorowanie skomplikowanej dynamiki, co pozwala na efektywną i kontrolowaną pracę systemów LOHC przez cały cykl uwodornienia i odwodornienia.
- Zapewnienie dokładnego pomiaru ciśnienia jest niezbędne dla uniknięcia nadciśnienia i wydłuża czas eksploatacji kompresorów. Nasz przetwornik ciśnieniaCerabar PMP71B zapewnia dokładny i wiarygodny pomiar ciśnienia wodoru.
- Temperatura ma wpływ na efektywność sprężania. Do monitorowania efektywności sprężania można wykorzystać nasz czujnik temperaturyiTHERM Moduline TM131.
- Endress+Hauser jest kompleksowym dostawcą skidów pomiarowych dla całego łańcucha wartości wodoru. Celem zapewniania wiarygodności transakcji i zgodności ze standardami, nasze specjalistyczne doświadczenie towarzyszy Ci przez cały okres realizacji projektu.
Korzyści
Aparatura pomiarowa zwiększa wydajność elektrolizy wody, ponieważ dostarcza dane kluczowych parametrów procesu w czasie rzeczywistym. Umożliwia to precyzyjną kontrolę, zapobieganie problemom takim, jak przegrzanie czy kawitacja. Optymalizacja strumienia przepływu gazu decyduje o efektywności separacji tlenu i wodoru. Monitorowana i regulowana jest przewodność i stopień czystości elektrolitu. Detekcja spadków ciśnienia pozwala wykrywać niedrożności lub wycieki. Zaawansowana aparatura do pomiaru procesu pozwala na realizację predykcyjnej diagnostyki.
Najważniejsze fakty
10
milionów urządzeń zainstalowanych w aplikacjach związanych z bezpieczeństwem od 1953 roku
Najważniejsze fakty
50%
większa dyspozycyjność procesu dzięki aparaturze w technologią Memosens
Jak zwiększyć efektywność produkcji zielonego wodoru?
Aparatura pomiarowa odgrywa kluczową rolę w zwiększeniu efektywności procesu elektrolizy wody, gdyż dostarcza dane dotyczące kluczowych parametrów procesu w czasie rzeczywistym, umożliwiając tym samym optymalne sterowanie instalacją produkcji zielonego wodoru.
- Monitorowanie i kontrolowanie temperatury i ciśnienia, aby zapobiec przegrzaniu i kawitacji
- Optymalizacja strumienia przepływu gazów, aby zapewnić separację tlenu i wodoru
- Monitorowanie i kontrolowanie przewodności i czystości elektrolitu
- Wykrywanie spadków ciśnienia w systemie celem identyfikacji niedrożności lub wycieków
- Możliwość konserwacji predykcyjnej dzięki zaawansowanej aparaturze pomiarowej