Aumento dell'efficienza nella produzione di idrogeno verde
Riduzione delle emissioni grazie all'ottimizzazione di prestazioni e sicurezza nella produzione di idrogeno
L'elettrolisi, il principale metodo per produrre idrogeno verde, è ancora relativamente inefficiente. Migliorare l'efficienza dell'elettrolisi è essenziale per ridurre il costo della produzione di idrogeno verde. La taratura di precisione dei parametri operativi degli elettrolizzatori, come ad esempio densità di corrente, temperatura e pressione di esercizio, può influire sensibilmente sull'efficienza energetica. L'ottimizzazione di questi parametri può massimizzare la produzione di idrogeno verde e al contempo ridurre al minimo consumo di energia rinnovabile e degradazione dei materiali.
Fatti principali
70%
di energia elettrica viene attualmente convertita in idrogeno. (Fonte: IEA 2021 report)
Mappe del processo di produzione di idrogeno
©Endress+Hauser
©Endress+Hauser
Mappa di processo di un elettrolizzatore alcalino che indica i parametri di misura rilevanti per il processo.
Mappa di processo di un elettrolizzatore PEM che indica i parametri di misura rilevanti per il processo.
©Endress+Hauser
Misura della qualità dell'acqua per un'elettrolisi efficiente
La produzione di idrogeno verde implica l'elettrolisi dell'acqua. Questo processo richiede una notevole quantità di acqua. L'uso sostenibile delle risorse idriche è di primaria importanza nella produzione di idrogeno verde. Nell'elettrolisi è necessario utilizzare acqua pura o distillata per ridurre al minimo la presenza di impurità che potrebbero interferire con la reazione chimica e ridurre l'efficienza del processo di produzione di idrogeno verde. L'acqua ad alta purezza si ottiene con processi quali l'osmosi inversa.
La nostra expertise nel settore
I parametri da misurare assolutamente sono i seguenti: livello, portata, pressione, conducibilità e in alcuni casi pH.
- La conducibilità è un parametro chiave da misurare per garantire la qualità dell'acqua. Il nostro sensore di conducibilità Memosens CLSE16 digitale è dotato di tecnologia Memosens 2.0 con memorizzazione dei dati e trasmissione senza contatto.
- Per monitorare liquidi conduttivi e garantire un'affidabile alimentazione di acqua all'elettrolizzatore vengono impiegati misuratori di portata. Promag W 10 è il primo misuratore di portata elettromagnetico al mondo che effettua misure in qualsiasi tipo di installazione.
- La misura della pressione durante la preparazione dell'acqua per l'elettrolisi è essenziale per individuare occlusioni rilevanti ai fini di filtrazione e osmosi. Il nostro Cerabar PMP51B è un sensore affidabile e facile da utilizzare per ridurre i guasti sistematici nella produzione di idrogeno verde.
- La misura del livello è fondamentale per mantenere un'alimentazione costante, che previene il funzionamento a secco e favorisce l'efficienza delle risorse. Levelflex FMP51 è adatto per gli elettrolizzatori che separano idrogeno e ossigeno ed è altamente resistente alle sostanze corrosive.
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Elettrolisi alcalina dell'acqua
L'elettrolisi alcalina dell'acqua è un processo che prevede la separazione dell'acqua in idrogeno e ossigeno tramite un elettrolizzatore. Questo metodo utilizza come elettrolito una soluzione alcalina, solitamente idrossido di potassio, per facilitare le reazioni elettrochimiche. L'elettrolisi alcalina dell'acqua è una tecnologia nota per la sua efficienza e semplicità, quindi applicabile per la produzione di idrogeno su larga scala, soprattutto se alimentata da energia rinnovabile anziché da combustibili fossili.
La nostra expertise nel settore
Per migliorare l'efficienza produttiva e garantire prestazioni ottimali, è essenziale misurare parametri specifici, tra cui portata, livello, temperatura e pressione. Tutti questi parametri critici vengono agevolmente forniti da Endress+Hauser.
- Per garantire la produzione efficiente di ossigeno, l'abbinamento perfetto è un misuratore di portata a vortice come Prowirl F 200.
- Se l'acqua nell'elettrolizzatore raggiunge un livello eccessivo, può traboccare nelle celle dell'elettrolizzatore. Il traboccamento può essere evitato con Liquiphant FTL51B grazie al rilevamento per vibrazioni del livello del liquido tramite diapason.
- La temperatura dell'elettrolizzatore influisce sulla velocità della reazione elettrolitica. Per ottimizzare i parametri operativi dell'elettrolizzatore può essere utilizzato il nostro sensore di temperatura iTHERM Moduline TM131.
- La conducibilità è un parametro chiave da misurare per garantire la qualità dell'acqua. Il nostro sensore di conducibilità digitale Memosens CLS16E è dotato di tecnologia Memosens 2.0 con memorizzazione dei dati e trasmissione senza contatto.
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Elettrolisi PEM dell'acqua
Oltre agli elettrolizzatori alcalini, sono ampiamente utilizzati anche gli elettrolizzatori PEM (Proton Exchange Membrane - membrana a scambio protonico). La compattezza costruttiva e la precisione di controllo rendono questa tecnologia, basata su una membrana polimerica elettrolita solida, particolarmente adatta per applicazioni che richiedono flessibilità e prontezza di risposta nella produzione di idrogeno verde. Gli elettrolizzatori PEM offrono vantaggi quali elevata efficienza, rapida risposta alla variazione dei carichi e idoneità ad applicazioni decentralizzate.
La nostra expertise nel settore
Per ottenere una produzione di idrogeno ottimale in termini di efficienza utilizzando risorse rinnovabili anziché carburanti fossili, è fondamentale misurare i parametri chiave. I parametri essenziali per l'ottimizzazione del processo, quali portata, livello, temperatura e pressione, possono essere misurati efficacemente utilizzando la strumentazione Endress+Hauser, che garantisce prestazioni affidabili nei sistemi di elettrolisi PEM.
- I misuratori di portata massica Coriolis misurano le portate massiche in modo estremamente preciso e affidabile. Per ottimizzare i parametri operativi dell'elettrolizzatore PEM è possibile utilizzare Promass F 300.
- La misura del livello negli elettrolizzatori assicura la purezza dell'idrogeno. Levelflex FMP51 è adatto per gli elettrolizzatori che separano idrogeno e ossigeno.
- Irregolarità nella pressione dei gas comportano rischi di esplosione. Il nostro trasmettitore di pressione Cerabar PMP51B è un sensore affidabile e facile da utilizzare per ridurre i guasti sistematici.
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Compressione e stoccaggio di idrogeno verde in sicurezza
L'idrogeno si distingue per essere l'unico vettore energetico in grado di immagazzinare efficacemente grandi quantità di energia, tramite compressione o stoccaggio in caverna. I portatori di idrogeno organico liquido (Liquid Organic Hydrogen Carriers - LOHC) rappresentano un approccio alternativo per l'immagazzinaggio e il trasporto di idrogeno. Questo metodo prevede che l'idrogeno venga chimicamente legato a un composto organico liquido, in modo da ottenere una maggiore densità energetica rispetto a quella dell'idrogeno gassoso.
La nostra expertise nel settore
Dato che i LOHC suscitano sempre maggior interesse per il loro potenziale di stoccaggio dell'idrogeno, diventa fondamentale monitorare e ottimizzare i processi coinvolti. I sensori di precisione di Endress+Hauser sono strumenti affidabili per monitorare le complesse dinamiche dei sistemi LOHC, garantendo attività efficienti e controllate lungo i cicli di stoccaggio e rilascio dell'idrogeno.
- Per prevenire sovrappressioni e prolungare la vita utile dei compressori è essenziale garantire misure precise della pressione. Il nostro trasmettitore di pressione Cerabar PMP71B misura la compressione dell'idrogeno in modo preciso e affidabile.
- La temperatura influisce sull'efficienza della compressione. Per monitorare l'efficienza del compressore è possibile utilizzare il nostro sensore di temperatura iTHERM Moduline TM131.
- Endress+Hauser è un fornitore UNICO per i vostri skid di misura lungo l'intera catena di valore dell'idrogeno. Per garantire transazioni affidabili e la conformità agli standard, la nostra competenza nel settore è al vostro fianco lungo l'intero progetto.
Vantaggi
La strumentazione di processo aumenta l'efficienza dell'elettrolisi dell'acqua offrendo dati in tempo reale sui parametri fondamentali. Ciò consente un controllo preciso, che previene problemi quali il surriscaldamento o la cavitazione. Le portate del gas sono ottimizzate ai fini di una separazione efficace di ossigeno e idrogeno. Conducibilità e purezza dell'elettrolito sono monitorate e controllate. Il rilevamento dei cali di pressione individua occlusioni o perdite. La strumentazione di processo avanzata consente la manutenzione predittiva.
Fatti principali
10
milioni di dispositivi installati in applicazioni inerenti alla sicurezza dal 1953
Fatti principali
50%
in più di tempi di attività del processo grazie agli strumenti digitali Memosens
Come aumentare l'efficienza nella produzione di idrogeno verde
La strumentazione di processo svolge un ruolo fondamentale nel migliorare l'efficienza dell'elettrolisi dell'acqua grazie alla fornitura di dati in tempo reale sui parametri chiave del processo e
a un controllo ottimale del sistema per produrre idrogeno verde.
- Monitoraggio e controllo di temperatura e pressione per prevenire surriscaldamento o cavitazione
- Ottimizzazione delle portate del gas per garantire la separazione di ossigeno e idrogeno
- Monitoraggio e controllo di conducibilità e purezza dell'elettrolita
- Rilevazione dei cali di pressione nel sistema per individuare occlusioni o perdite
- Manutenzione predittiva grazie a una strumentazione di processo avanzata