स्मार्ट इंस्ट्रूमेंटेशन हरा हाइड्रोजन उत्पादन में मदद करता है।

उद्योग से शून्य कार्बन उत्सर्जन प्राप्त करने के लिए वैश्विक प्रयास तेजी से इकट्ठा कर रहे हैं विभिन्न प्रकार के पर्यावरण, आर्थिक और भू-राजनीतिक कारक, सतत ऊर्जा स्रोतों जैसे हरा हाइड्रोजन के विकास को ड्राइव कर रहे हैं। स्मार्ट उपकरण और विश्लेषक की नवीनतम पीढ़ी हरे हाइड्रोजन उत्पादन की दक्षता, सुरक्षा और व्यवहार्यता बढ़ाने में मदद कर रही है। सेंसर, एनालाइजर और ट्रांसमीटर चालकता, तापमान, स्तर, दबाव और प्रवाह मापने में मदद करते हैं।

विघटनकारी जलवायु परिवर्तन और ऊर्जा सुरक्षा की संयुक्त चिंताओं के साथ, दुनिया भर के देश कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और मीथेन जैसी ग्रीनहाउस गैसों के उत्पादन को कम करने और जीवाश्म ईंधन से अधिक स्थायी विकल्पों में बदलने के तरीके खोजने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। पिछले साल ग्लासगो में हुए COP26 शिखर सम्मेलन ने देशों को 2030 के लिए महत्वाकांक्षी उत्सर्जन कटौती लक्ष्य की बराबरी करने के लिए प्रोत्साहित किया जिसका उद्देश्य सदी के मध्य तक शुद्ध शून्य कार्बन उत्सर्जन तक पहुंचने के लिए है। अनुमान है कि वैश्विक हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था $2.5 ट्रिलियन मूल्य की होगी और 2050 तक 30 मिलियन नौकरियों का सृजन करेगी। दक्षता और सुरक्षा को अधिकतम करने और निर्णय लेने की क्षमता को सूचित करने के लिए आवश्यक डेटा प्रदान करने के रूप में,

इन लक्ष्यों की प्राप्ति का अर्थ है पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों, जैसे कोयला, तेल और गैस से, न्यूनतम उत्सर्जन उत्पन्न करने वाले नवीकरणीय स्रोतों की ओर बढ़ना और आपूर्ति के लिए मुट्ठी भर देशों पर निर्भर न रहना।

सतत ईंधन के लिए हाइड्रोजन, उर्वरक, प्लास्टिक के लिए फीडस्टॉक

अवकाश से औद्योगिक उपयोग तक सभी के लिए ऊर्जा आपूर्ति की गंभीरता के लिए ऐसे स्रोतों की आवश्यकता होती है जो निरंतर, विश्वसनीय और मापनीय हों. हालांकि अक्षय स्रोत, जैसे पवन और सौर, उत्सर्जन को कम करने में मदद कर सकते हैं, वे अंतर्यामी हैं, और उत्पादित बिजली का भंडारण करना मुश्किल है।

हालांकि, उनके पर्यावरणीय प्रभाव के बावजूद जीवाश्म ईंधन ऊर्जा आपूर्ति के मुख्य आधार के रूप में इस्तेमाल किया जाता रहा है। ऐसा इसलिए है क्योंकि वे अधिक ऊर्जा घनत्व जैसे लाभ प्रदान करते हैं, मौसमी मांग को पूरा करने के लिए जमा किया जा सकता है और कार्बन पर निर्भर औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए रासायनिक फ़ीड स्टॉक के रूप में उपयोग की जाने वाली उनकी क्षमता.

ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन की बढ़ती व्यवहार्यता में यह परिवर्तन हो रहा है। हाइड्रोजन अक्षय स्रोतों और जीवाश्म ईंधन के कई लाभ प्रदान करता है – यह कम या शून्य उत्सर्जन के साथ उत्पादन किया जा सकता है, संग्रहीत और परिवहन किया जा सकता है, स्वच्छ जल उत्पादन है और आगे रासायनिक संसाधन या उत्पादन में उपयोग के लिए प्रतिक्रियाशील है।

जैसे, इसे डी-कार्बोनाइज ऊर्जा के उपयोग में सहायता करने के लिए प्रमुख ईंधन में से एक माना जाता है। इसका उपयोग परिवहन और बिजली की पेकिंग करने वाले संयंत्रों के लिए ईंधन के रूप में किया जा सकता है, जबकि हाइड्रोजन जलाने से कई प्रकार के उद्योगों और आवासीय और वाणिज्यिक इमारतों के लिए भी गर्मी प्रदान की जा सकती है। हाइड्रोजन उर्वरकों, ईंधन शोधन और प्लास्टिक जैसे रसायनों के लिए एक फीडस्टॉक के रूप में कार्य कर सकता है।

रंग वर्गीकरण द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन, हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था भविष्य

हाइड्रोजन के उत्पादन को अच्छी तरह समझा जाता है और कई प्रक्रियाओं का उपयोग किया जा सकता है। इनमें हाइड्रोजन के रासायनिक मूल में और उनके विद्युत स्रोत के नवीनीकरण में भिन्नता होती है।

हाइड्रोजन उत्पादन को आम तौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधि के आधार पर हरा, धूसर, नीला, भूरा या सफेद के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। हरित हाइड्रोजन, सबसे पारिस्थितिकी के अनुकूल प्रकार है, अक्षय >्जा या परमाणु >्जा का उपयोग करके विद्युत अपघटन द्वारा उत्पादित किया जाता है।

यदि हाइड्रोजन जलवायु परिवर्तन को कम करने में महत्वपूर्ण योगदान देता है तो इसका उत्पादन अक्षय >्जा स्रोतों द्वारा संचालित शून्य कार्बन विद्युत अपघटन पर आधारित होना चाहिए। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (आईईए) का अनुमान यदि 2050 तक शुद्ध शून्य उत्सर्जन प्राप्त हो जाता है, तो उद्योग से कुल हाइड्रोजन मांग में 2030 तक 44% का विस्तार हुआ होगा, जिसमें हाइड्रोजन पर आईईए सितम्बर 2022 ट्रैकिंग रिपोर्ट के अनुसार कम कार्बन हाइड्रोजन 21 मिलियन टन तक बना रहा होगा। आईईए ने कहा कि पिछले वर्ष के रिकार्ड को दोगुना करते हुए 70 में लगभग 2020 मेगावाट विद्युत अपघटन क्षमता के साथ हाइड्रोजन उत्पादन बढ़ाने में कुछ प्रगति हो रही है।

3 नियंत्रणों, इंस्ट्रुमेंटेशन के साथ इलेक्ट्रोलाइजर प्रदर्शन को इष्टतम करने की विधियां

एक बहु-चरण प्रक्रिया के रूप में, हरे हाइड्रोजन उत्पादन के लिए सुरक्षित और कुशल संचालन सुनिश्चित करने के लिए सटीक मापन की आवश्यकता होती है। ISO22734:2019 (जल विद्युत अपघटन का उपयोग करने वाले हाइड्रोजन जनरेटर – औद्योगिक, वाणिज्यिक और आवासीय अनुप्रयोग) मुख्य मापदंडों को निर्धारित करता है जिन्हें नियंत्रण बनाए रखने में मदद करने और उन संभावित मुद्दों से बचने के लिए हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रियाओं के दौरान मापा जाने की आवश्यकता होती है जो दक्षता या सुरक्षा को प्रभावित कर सकते हैं।

हरे हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए आज तीन मुख्य विद्युत अपघटन विधियाँ उपयोग में हैं।

क्षारीय विद्युत अपघटन (AEC) एक परिपक्व, वाणिज्यिक प्रौद्योगिकी है। हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए प्रयुक्त इलेक्ट्रोलाइट की चालकता को अधिकतम करने के लिए AEC इलेक्ट्रोलाइज़र्स, लाइये के रूप में ज्ञात 25-30 wt% पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (कोह) के एक क्षारीय समाधान का उपयोग करते हैं। इलेक्ट्रोलाइट की अत्यधिक क्षारीय प्रकृति का अर्थ है कोई भी उपकरण जो इसके संपर्क में आता है, जंग रोधक होना चाहिए. एक PDF बॉडी और हासलॉय C इलेक्ट्रोड्स सहित सुविधाओं के साथ, एक औद्योगिक चालकता सेंसर उच्च सांद्रता कोह मापन जैसे आक्रामक अनुप्रयोगों के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त है।
PEM (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन) इलेक्ट्रोलाइजर एक इलेक्ट्रोलाइट विलयन के रूप में शुद्ध जल का उपयोग करता है, क्षारीय इलेक्ट्रोलाइज़र्स के साथ आवश्यक पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड इलेक्ट्रोलाइट समाधान को ठीक करने और उसे पुनः रीसायकल करने की आवश्यकता से बचते हुए. पानी की शुद्धता कुंजी है, रिवर्स ऑस्मोसिस और आयन एक्सचेंज रेजिन के साथ पानी को 0.1 ms/M से कम की चालकता से विमूत्रता करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है अति-शुद्ध जल अनुप्रयोगों में प्रयोग के लिए डिजाइन किया गया, एक 2 इलेक्ट्रोड चालकता कोशिका इस स्तर पर जल चालकता को सुनिश्चित कर सकती है, जिसके रखरखाव के लिए वस्तुतः कोई आवश्यकता नहीं होती.
सॉलिड आक्साइड इलेक्ट्रोलिसिस सेल (SOES) इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सिरेमिक्स का उपयोग करते हैं और इसमें कम सामग्री लागत होती है। उच्च तापमान पर संचालित और विद्युत दक्षता की उच्च डिग्री के साथ, वे विद्युत अपघटन प्रक्रिया के लिए भाप का उपयोग करते हैं और इसलिए एक ऊष्मा स्रोत की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रोलाइजर की आपूर्ति के लिए मेकअप जल के बजाय भाप का उपयोग करने, SOE इलेक्ट्रोलाइजर्स के लिए AEC और PEM इलेक्ट्रोलाइज़र्स से अलग-अलग इंस्ट्रूमेंटेशन आवश्यकताएं होती हैं, जो स्मार्ट इंस्ट्रूमेंटेशन के साथ प्रवाह, दबाव और तापमान के सटीक मापन की मांग करती हैं।

हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए सटीक गैस एनालाइजर्स की आवश्यकता होती है

हाइड्रोजन विद्युत अपघटन प्रक्रिया का प्रक्रिया नियंत्रण तीन मुख्य कार्य करता है – सुरक्षित संचालन, हाइड्रोजन रूपांतरण की कुशल शक्ति और गैस शुद्धता नियंत्रण.

विद्युत अपघटन प्रक्रिया में एक चुनौती ऑक्सीजन धारा में निर्माण के लिए हाइड्रोजन धारा और हाइड्रोजन में ऊपर निर्माण करने के लिए ऑक्सीजन की छोटी सांद्रता की संभावना है। इलेक्ट्रोलीजर स्टैक असेंबली इलेक्ट्रोलीजर सेल के एक ओर से दूसरी ओर गैस लीक कर सकती है. ISO22734 इसे एक दोष स्थिति के रूप में परिभाषित करता है।

इससे बचने के लिए हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलाइजर्स को संवेदनशील गैस एनालाइजर्स की जरूरत होती है जो ऑक्सीजन स्ट्रीम में हाइड्रोजन के निशान माप सकता है और बहुत कम स्तरों के विपरीत।

कच्चे हाइड्रोजन गैस में इलेक्ट्रोलाइज़र सेल से इलेक्ट्रोलाइट वाष्प भी होता है। एक नॉक-डाउन चरण विभाजक विद्युत अपघट्य के बाद गैस और तरल पृथक्करण की अनुमति देता है। नॉक-डाउन चरण विभाजक में तरल स्तर की निगरानी महत्वपूर्ण है क्योंकि बहुत निम्न स्तर से इलेक्ट्रोलीजर बंद हो जाएगा और नाइट्रोजन गैस पर्ज हो जाएगा.

स्तर मापन, हाइड्रोजन मापन के लिए तापमान नियंत्रण

चुंबकीय स्तर के उपकरणों, जिनमें चुंबकीय स्विच और सेंसर शामिल हैं, का उपयोग चरण विभाजक में निम्न और उच्च स्तरों को मापने के लिए किया जा सकता है. प्रक्रिया माध्यम से उपकरण को अलग करके, चुंबकीय स्तर मापन चरण विभाजक में मापन स्तरों के लिए एक आदर्श गैर-संपर्क समाधान प्रदान करता है, साथ ही महंगी सील, व्यतिकरणमापी और प्रक्रिया कनेक्शन को सामान्य रूप से बिंदु स्तर स्विच प्रौद्योगिकी से संबद्ध करते हुए. पाइपिंग प्रक्रिया में किसी भी परिवर्तन के बिना सेट किए गए पॉइंट्स को समायोजित किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ऐसे स्तर स्विच होते हैं जो शीघ्रता से परिनियोजित होते हैं, आसानी से समायोजित करने योग्य और बनाए रखने में आसान होते हैं.

तापमान नियंत्रण भी गंभीर है। अक्षय स्रोतों से विद्युत की परिवर्तनीय आपूर्ति विद्युत अपघट्य से उत्पादन में वृद्धि, अधिक करंट खींचने और तापमान में वृद्धि हो सकती है। स्टैक तापमान को लगातार मापने से सुरक्षित सीमा के भीतर स्तर बनाए रखने के लिए कूलिंग का प्रभावी नियंत्रण सक्षम हो जाएगा.

एक उपयुक्त ट्रांसमीटर के साथ एक प्लैटिनम प्रतिरोध तापमापी को संयोजित करने से आवश्यक माप और अलार्म के चालू होने पर निवारक उपायों का एक समाधान उपलब्ध होगा. जहां सतत सेंसर निगरानी और स्व-निगरानी जैसी सुविधाओं को भी शामिल किया जाता है, वहां आपूर्ति वोल्टेज और तार टूटने या जंग जैसी समस्याओं के बारे में अतिरिक्त जानकारी इकट्ठा करने की अतिरिक्त संभावना जोड़ी जाती है।

डी-ओको चरण में तापमान की निगरानी और नियंत्रण करने के लिए वही प्रौद्योगिकियां लागू की जा सकती हैं, जहां अंतिम हाइड्रोजन उत्पाद के निर्माण के लिए हाइड्रोजन में ऑक्सीजन के निशान एक एक्सथेरेमिक कैटालिटिक प्रतिक्रिया में पानी में परिवर्तित हो जाते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रतिक्रिया नियंत्रण में रहे और स्थितियां सुरक्षित सीमा में रहें, तापमान पर निगरानी रखना आवश्यक है.

प्रेशर मापन, पंपिंग लिक्विड वाटर सप्लाई

कुछ प्रकार के इलेक्ट्रोलाइज़र्स को उच्च दाब पर संचालित करने के लिए डिजाइन किया जाता है। दाब के स्तरों को ठीक-ठीक मापने की क्षमता विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है यदि गैस का उपयोग उच्च दाब पर किया जाए, जैसे कि इलेक्ट्रोलाइज़र को द्रव जल फीड की पंपिंग करना, 30 बार जैसे उच्च दबाव तक कम खर्चीला और बहुत कम ऊर्जा वाला होता है, जो इलेक्ट्रोलाइज़र के बाद हाइड्रोजन गैस को वायुमंडलीय दबाव से 30 बार में संपीड़ित करने की तुलना में कम होता है। लगातार मॉनिटर प्रेशर के लिए वॉटर सर्किट में डिजिटल प्रेशर ट्रांसमीटर इन्सटाल करना पंपिंग प्रदर्शन को ऑप्टिमाइज़ करने में मदद कर सकता है.

इलेक्ट्रोलीजर के ओवर-प्रेशर को रोककर प्रोसेस सुरक्षा बनाए रखने में सटीक और विश्वसनीय प्रेशर मापन महत्वपूर्ण है और यह सुनिश्चित करने के लिए कि इलेक्ट्रोलाइज़र द्वारा उत्पन्न हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसों को बिना किसी अवरोध के बह सकता है।

दाब संचारण ऑक्सीजन और हाइड्रोजन गैसों के दबाव को मापते हैं। IEC61508 मानक श्रृंखला के अनुसार प्रक्रिया सुरक्षा नियंत्रण प्रणालियों में उपयोग के लिए TUV NORD द्वारा प्रमाणन कार्यात्मक सुरक्षा पर दबाव इलेक्ट्रोलाइज़र्स की सुरक्षा में मदद करता है।

एक अन्य मुद्दा जो हाइड्रोजन अनुप्रयोगों में दबाव संचारियों को प्रभावित कर सकता है, हाइड्रोजन पारगम्यता की समस्या है। दबाव ट्रांसमीटर डायाफ्राम से गुजरने वाले हाइड्रोजन अणुओं और दबाव ट्रांसमीटर के भरण तरल पदार्थ में विसरित होने के कारण, हाइड्रोजन पारगम्यता ट्रांसमीटर प्रदर्शन को तब तक बाधित कर सकती है जब तक विफलता नहीं हो जाती. टाइटेनियम आधारित बाइनरी नैनो कोटिंग लगाना हाइड्रोजन आयन पारगम्यता के विरुद्ध उच्चतम प्रतिरोध प्रदान करता है, जबकि दबाव ट्रांसमीटर डायाफ्राम को बदलते दबाव स्थितियों पर प्रतिक्रिया देने में सक्षम बनाता है।

स्मार्ट मापन ऑटोमेशन, नियंत्रण क्षमता को जोड़ता है

आज की स्मार्ट डिजिटल मापन तकनीक अधिक सटीकता, सीमा और जानकारी की गहराई प्रदान करती है जिसका उपयोग प्रक्रिया प्रदर्शन और माप उपकरणों की स्थिति का आकलन करने के लिए किया जा सकता है। रिमोट कनेक्टिविटी जैसी सुविधाएं निदान सूचना को अधिक उपयोगी बनाने में सहायक होती हैं, जिससे इंजीनियर बिना उपस्थित हुए किसी उपकरण के कॉन्फ़िगरेशन में खराबी का पता लगाने या परिवर्तन करने जैसी कार्रवाई कर सकते हैं. अधिक भविष्यत्त्मकता सक्रिय रूप से रखरखाव को सुविधाजनक बनाती है, अनावश्यक डाउनटाइम से बच रही है और कुंजी प्रक्रिया संयंत्र या बिगड़ा हुआ हाइड्रोजन गुणवत्ता के संभावित नुकसान के जोखिम को कम करती है।

डिजिटल उपकरण एन्हांस्ड सरलता प्रदान करते हैं, जिससे ऑपरेटरों के लिए किसी भी स्तर के अनुभव पर पहुंच प्राप्त करना या Relay कुंजी को परिचालन और रखरखाव-संबंधित डेटा को परिचित तकनीकों, जैसे QR कोड्स का उपयोग करके आसानी से उपलब्ध होता है.

स्वचालन हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था को विकसित करने में मदद कर सकता है

हरित हाइड्रोजन जैसे ऊर्जा स्रोतों के विकास से शुद्ध शून्य कार्बन लक्ष्यों को प्राप्त करने में बढ़ती भूमिका की भविष्यवाणी की जाती है, अनुमान लगाने के साथ वैश्विक हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था $2.5 ट्रिलियन हो जाएगी और 2050 तक 30 मिलियन नौकरियां सृजित होगी। दक्षता और सुरक्षा को अधिकतम करने और निर्णय लेने की सूचना देने के लिए आवश्यक डाटा प्रदान करने के एक तरीके के रूप में, स्मार्ट उपकरण लगभग निश्चित रूप से इस वृद्धि में एक प्रमुख भाग खेलने के लिए निर्धारित हैं।