เครื่องมือสมาร์ทช่วยในการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว

ความพยายามของระดับโลกในการบรรลุการปล่อยก๊าซคาร์บอนไอออกไซด์เป็นศูนย์จากอุตสาหกรรมกำลังเพิ่มขึ้นเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น สิ่งแวดล้อม, เศรษฐกิจ และสาเหตุทางภูมิภาคกำลังส่งเสริมการพัฒนาของแหล่งพลังงานที่ยั่งยืน เช่น ไฮโดรเจนสีเขียว รุ่นล่าสุดของเครื่องมืออัจฉริยะและเครื่องวิเคราะห์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ, ความปลอดภัยและความเป็นไปได้ในการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว เซนเซอร์, เครื่องวิเคราะห์และตัวส่งช่วยในการวัดความนำไฟฟ้า, อุณหภูมิ, ระดับ, ความดัน และการไหล

ด้วยความกังวลร่วมกันเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศที่รุนแรงและความมั่นคงของพลังงาน ประเทศทั่วโลกกำลังให้ความสำคัญกับการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไอออกไซด์ (CO2) และเมทาน และการค้นหาวิธีในการเปลี่ยนจากเชื้อเพลงไปสู่ทางเลือกที่ยั่งยืน การประมาณการของการประเทศสมัครเล่น COP26 ในเลสโกว์สุ่มปีที่แล้ว กระตุ้นประเทศให้กำหนดเป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสำหรับปี 2030 ด้วยเป้าหมายที่จะเป็นศูนย์การปล่อยก๊าซคาร์บอนไอออกไซด์ภายในครึ่งศตวรรษ การคาดการณ์ว่าเศรษฐกิจไฮโดรเจนระดับโลกจะมีมูลค่า 2.5 ล้านล้านดอลลาร์และสร้างงาน 30 ล้านอัตราในปี 2050 เป็นวิธีในการเพิ่มประสิทธิภาพและความปลอดภัยและให้ข้อมูลที่จำเป็นในการตัดสินใจ

การบรรลุเป้าหมายเหล่านี้จะหมายถึงการย้ายจากแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม เช่น ถ่านหิน, น้ำมัน และก๊าซ ไปสู่แหล่งที่มีการผลิตมลพิษน้อยและไม่ขึ้นอยู่กับประเทศบางประเทศเท่านั้นในการจัดหา

ไฮโดรเจนสำหรับเชื้อเพลิงที่ยั่งยืน, วัสดุเร่งการเจริญของปุ๋ย, พลาสติก

ความสำคัญของการจัดหาพลังงานสำหรับทุกอย่างตั้งแต่การพักผ่อนไปจนถึงการใช้ในอุตสาหกรรมต้องการแหล่งที่มั่นคง, ที่เชื่อถือได้และสามารถขยายตัวได้ แม้ว่าแหล่งที่มีการใช้งานใหม่ เช่น ลมและพลังงานแสงอาจช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก แต่มันมีความไม่นานและมันยากที่จะเก็บไฟฟ้าที่ผลิตขึ้น

อย่างไรก็ตาม, ถึงแม้จะมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม, พลังงานจากเชื้อเพลงกำลังถูกใช้ต่อเนื่อง นี้เป็นเพราะว่ามันมีข้อดีเช่น ความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า, สามารถเก็บไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความต้องการในฤดูกาลและศักยภาพในการใช้เป็นวัสดุเร่งการเจริญสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรมที่ขึ้นอยู่กับคาร์บอน

ความเป็นไปได้ในการใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานกำลังเปลี่ยนแปลงสิ่งนี้ ไฮโดรเจนมีข้อดีหลายประการเหมือนกับพลังงานที่มีการปล่อยก๊าซน้อยและพลังงานที่มีการปล่อยก๊าซ มันสามารถผลิตได้โดยมีการปล่อยก๊าซน้อยหรือไม่มีการปล่อยก๊าซ, สามารถเก็บรักษาและขนส่งได้, เผาไหม้สะอาดและมีการเผาไหม้ที่สามารถใช้ในการประมวลผลเคมีเพิ่มเติมหรือการผลิต

ดังนั้น, มันถือเป็นหนึ่งในเชื้อเพลงสำคัญที่ช่วยในการลดการใช้พลังงานที่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจก มันสามารถใช้เป็นเชื้อเพลงสำหรับการขนส่งและโรงไฟฟ้าช่วงยอด ในขณะที่การเผาไหม้ไฮโดรเจนยังสามารถให้ความร้อนสำหรับอุตสาหกรรมหลายประเภทและอาคารที่ใช้เพื่อการพาณิชย์และอาศัยอยู่ ไฮโดรเจนสามารถทำหน้าที่เป็นวัสดุเร่งการเจริญสำหรับสารเคมี เช่น ปุ๋ย, การขจัดเชื้อเพลงและพลาสติก

การผลิตไฮโดรเจนตามการจำแนกสี, อนาคตของเศรษฐกิจไฮโดรเจน

การผลิตไฮโดรเจนเป็นสิ่งที่เข้าใจได้ดี และสามารถใช้กระบวนการหลายวิธีได้ นี้แตกต่างกันในที่มาของไฮโดรเจนทางเคมีและการใช้พลังงานที่มีการใช้งานใหม่ของพวกเขา

การผลิตไฮโดรเจนมักจะถูกจำแนกเป็นสีเขียว, เทา, น้ำเงิน, น้ำตาลหรือขาว ขึ้นอยู่กับวิธีการที่ใช้ ไฮโดรเจนสีเขียว, ชนิดที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่สุด, ถูกผลิตโดยการใช้การเลือกติดตั้งโดยใช้พลังงานทดแทนหรือพลังงานนิวเคลียร์

หากต้องการให้ไฮโดรเจนมีส่วนร่วมสำคัญในการลดผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ, การผลิตของมันต้องขึ้นอยู่กับการใช้โดยไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนออกไซด์โดยใช้พลังงานที่มีการใช้งานใหม่ สำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) ประมาณว่าหากมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์ถึงปี 2050, ความต้องการไฮโดรเจนทั้งหมดจากอุตสาหกรรมจะขยายตัวขึ้น 44% โดยปี 2030, โดยไฮโดรเจนที่มีการปล่อยก๊าซน้อยจะเป็น 21 ล้านตัน ตามรายงานติดตามเดือนกันยายน 2022 ของ IEA เกี่ยวกับไฮโดรเจน มีความคืบหน้าบางส่วนในการเพิ่มการผลิตไฮโดรเจน, โดยมีกำลังการผลิตไฮโดรเจนจากการเลือกติดตั้งในปี 2020 อยู่ที่ประมาณ 70 MW, ทำให้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าของปีก่อน, IEA กล่าว

23

3 วิธีในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องสร้างไฮโดรเจนด้วยการควบคุม, เครื่องมือวัด

เป็นกระบวนการหลายขั้นตอน, การผลิตไฮโดรเจนสีเขียวต้องการการวัดที่แม่นยำเพื่อให้มั่นใจในการดำเนินการอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ISO22734:2019 (เครื่องผลิตไฮโดรเจนโดยใช้การเลือกติดตั้งน้ำ - การใช้ในอุตสาหกรรม, การใช้ในธุรกิจและการใช้ในที่อยู่อาศัย) ระบุพารามิเตอร์หลักที่ต้องการวัดระหว่างกระบวนการผลิตไฮโดรเจนเพื่อช่วยในการรักษาการควบคุมและหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพหรือความปลอดภัย

เพื่อผลิตไฮโดรเจนสีเขียว มีวิธีการสร้างไฮโดรเจนหลัก ๆ 3 วิธีที่ใช้ในปัจจุบัน

การเลือกแยกด่าน Alkaline electrolysis (AEC) เป็นเทคโนโลยีที่เป็นเชิงพาณิชย์แล้ว ในการสูงสุดของการนำไฟฟ้าของสารละลายที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจน AEC electrolyzers ใช้สารละลายด่าน 25-30 wt% โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) ที่เรียกว่า โลย ความเป็นด่านที่สูงของสารละลายหมายความว่าเครื่องมือใดที่มีการสัมผัสกับมันต้องทนทานต่อการกัดกร่อน ด้วยคุณสมบัติเช่นร่าง PVDF และอิเล็กโทรด Hastelloy C เซนเซอร์ความนำไฟฟ้าอุตสาหกรรมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประยุกต์ใช้ในงานที่รุนแรงเช่นการวัดความเข้มข้น KOH สูง
เครื่องสร้างไฮโดร PEM (Proton Exchange Membrane) ใช้น้ำบริสุทธิเป็นสารละลายตัวนำ ป้องกันการต้องกู้คืนและรีไซเคิลสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่จำเป็นกับเครื่องสร้างไฮโดรเจนด้วยการใช้น้ำบริสุทธิ ความบริสุทธิของน้ำเป็นสิ่งสำคัญ โดยใช้การสลายย้อนและเรซินแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อลดการนำไฟฟ้าของน้ำไปยังระดับน้อยกว่า 0.1 mS/m ออกแบบสำหรับใช้ในการประยุกต์ใช้น้ำบริสุทธิสูง เซลล์นำไฟฟ้า 2 ขั้นตอนสามารถให้ความแน่ใจว่าความนำไฟฟ้าของน้ำถูกรักษาไว้ในระดับนี้โดยไม่มีความจำเป็นในการบำรุงรักษาเลย
เซลล์ Solid Oxide Electrolysis (SOEs) ใช้เซรามิกเป็นตัวนำและมีต้นทุนวัสดุต่ำ การทำงานที่อุณหภูมิสูงและมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูง ใช้น้ำไอสำหรับกระบวนการเลือกแยกไฮโดรเจน ดังนั้นจึงต้องใช้แหล่งความร้อน โดยใช้น้ำไอแทนการใช้น้ำสะสมในการจ่ายไฮโดรเจน SOE electrolyzers มีความต้องการเครื่องมือวัดที่แตกต่างจาก AEC และ PEM electrolyzers ต้องการการวัดการไหล ความดัน และอุณหภูมิอย่างแม่นยำด้วยเครื่องมืออัจฉริยะ

การควบคุมปฏิกิริยาการสร้างไฮโดรเจนต้องใช้เครื่องวิเคราะห์ก๊าซที่แม่นยำ

การควบคุมกระบวนการสร้างไฮโดรเจนมีหน้าที่หลัก ๆ 3 อย่าง - การทำงานอย่างปลอดภัย การแปลงพลังงานเป็นไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพและควบคุมความบริสุทธิของก๊าซ

หนึ่งในความท้าทายในกระบวนการสร้างไฮโดรเจนคือความเป็นไปได้ที่มีความเข้มข้นของออกซิเจนเล็กน้อยสะสมในกระแสไฮโดรเจนและไฮโดรเจนสะสมในกระแสออกซิเจน ส่วนประกอบของเซลล์เครื่องสร้างไฮโดรเจนสามารถรั่วก๊าซจากด้านหนึ่งของเซลล์ไปยังอีกด้านของเซลล์เรียกว่าเงื่อนไขขัดข้องตามมาตรฐาน ISO22734

เพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งนี้ เครื่องสร้างไฮโดรเจนต้องใช้เครื่องวิเคราะห์ก๊าซที่ไว้วางใจที่สามารถวัดระดับต่ำของไฮโดรเจนในกระแสออกซิเจนและกลับกันไปยังระดับที่ต่ำมาก

ก๊าซไฮโดรเจนดิบยังมีไอออนของสารละลายจากเซลล์ของเครื่องสร้างไฮโดรเจน ตัวแยกเฟสช่วยให้ก๊าซและของเหลวแยกจากกันหลังจากเครื่องสร้างไฮโดรเจน การตรวจสอบระดับของของเหลวในตัวแยกเฟสเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากระดับที่ต่ำมากจะทำให้เครื่องสร้างไฮโดรเจนปิดการทำงานและเริ่มการลดความดันของก๊าซไนโตรเจน

การวัดระดับ การควบคุมอุณหภูมิสำหรับการวัดไฮโดรเจน

เครื่องมือวัดระดับด้วยแม่เหล็กรวมถึงสวิตช์แม่เหล็กและเซนเซอร์สามารถใช้วัดระดับต่ำและสูงในตัวแยกเฟส โดยแยกอุปกรณ์จากระบบสื่อกระบวนการ การวัดระดับด้วยแม่เหล็กเสนอทางเลือกที่เหมาะสมที่ไม่ต้องสัมผัสสำหรับการวัดระดับในตัวแยกเฟส พร้อมทั้งยกเลิกความจำเป็นในการใช้ซีล ไดอะแกรม และการเชื่อมต่อกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีสวิตช์ระดับจุด สามารถปรับตั้งค่าได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงท่อกระบวนการ ทำให้สวิตช์ระดับนั้นสามารถใช้งานได้อย่างรวดเร็ว สามารถปรับได้อย่างง่ายและง่ายต่อการบำรุงรักษา

การควบคุมอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน การจ่ายไฟฟ้าที่มีความผันผวนจากแหล่งพลังงานทดแทนอาจทำให้เครื่องสร้างไฮโดรเจนเพิ่มการผลิตโดยดึงกระแสไฟฟ้ามากขึ้นและเพิ่มอุณหภูมิ การวัดอุณหภูมิของสแต็กอย่างต่อเนื่องจะช่วยให้สามารถควบคุมการทำความเย็นอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อรักษาระดับภายในของเครื่องในขีดจำกัดที่ปลอดภัย

การรวมเทอร์โมแมกเนตที่มีคุณภาพพร้อมกับตัวส่งสัญญาณที่เหมาะสมจะให้การวัดที่จำเป็นและเป็นทางเลือกสำหรับการเริ่มการป้องกันในกรณีเกิดเหตุการณ์ฉุกเฉิน หากมีคุณสมบัติเช่นการตรวจสอบเซนเซอร์อย่างต่อเนื่องและการตรวจสอบตนเอง จะมีโอกาสเพิ่มเติมในการรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าจ่ายและปัญหาเช่นการขาดสายหรือการกัดกร่อน

เทคโนโลยีเดียวกันสามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิในขั้วการลดออกซิเดชั่น ที่นี่ ที่มีร่องรอยของออกซิเจนในไฮโดรเจนถูกแปลงเป็นน้ำในปฏิกิริยาชีวภาพที่เกิดความร้อนเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจนสุดท้าย การตรวจสอบอุณหภูมิเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าปฏิกิริยายังคงอยู่ในการควบคุมและเงื่อนไขยังคงอยู่ในขีดจำกัดที่ปลอดภัย

การวัดความดัน การส่งน้ำเหลว

บางประเภทของเครื่องสร้างไฮโดรเจนถูกออกแบบให้ทำงานในแรงดันสูง ความสามารถในการวัดระดับความดันอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งหากก๊าซต้องใช้ในแรงดันสูง เนื่องจากการส่งน้ำเข้าเครื่องสร้างไฮโดรเจนไปยังแรงดันสูงเช่น 30 บาร์ มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่ามากกว่าการบีบอัดก๊าซไฮโดรเจนจากแรงดันอากาศเป็น 30 บาร์หลังจากเครื่องสร้างไฮโดรเจน การติดตั้งตัววัดความดันดิจิทัลในวงจรน้ำเพื่อตรวจสอบแรงดันอย่างต่อเนื่องสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการส่งน้ำ

การวัดความดันอย่างแม่นยำและเชื่อถือได้เป็นสิ่งสำคัญในการรักษาความปลอดภัยของกระบวนการโดยป้องกันการเกินความดันของเครื่องสร้างไฮโดรเจนและให้แน่ใจว่าก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจนที่สร้างขึ้นโดยเครื่องสร้างไฮโดรเจนสามารถไหลออกไปโดยไม่มีอุปสรรค

ตัววัดความดันวัดความดันของก๊าซออกซิเจนและไฮโดรเจน การรับรองโดย TUV NORD สำหรับการใช้ในระบบควบคุมความปลอดภัยของกระบวนการตามมาตรฐาน IEC61508 เกี่ยวกับความปลอดภัยในการดำเนินงานช่วยป้องกันเครื่องสร้างไฮโดเจนที่มีแรงดัน

ปัญหาอีกอย่างที่สามารถมีผลต่อตัววัดความดันในการใช้งานกับไฮโดรเจนคือปัญหาการซึมผ่านของไฮโดรเจน ที่เกิดจากโมเลกุลไฮโดรเจนที่ผ่านไปทางด้านในของไดอะแฟรมตัววัดความดันและการแพร่กระจายเข้าสู่ของเติมของตัววัดความดัน การซึมผ่านของไฮโดรเจนสามารถทำให้ประสิทธิภาพของตัววัดความดันเสียไปจนกระทบถึงการทำงานของตัววัดความดันจนเกิดความล้มเหลว การใช้การเคลือบไนโตรเจนเช่นเทียเทียมเบส์ที่มีความต้านทานสูงสุดต่อการซึมผ่านไฮโดรเจน พร้อมทำให้ดิอะแฟรมตัววัดความดันสามารถตอบสนองต่อเงื่อนไขความดันที่เปลี่ยนแปลงได้

การวัดอัตโนมัติเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุม

เทคโนโลยีการวัดดิจิทัลสมาร์ทปัจจุบันมีความแม่นยำ ช่วงและความลึกของข้อมูลที่สามารถใช้ในการประเมินประสิทธิภาพของกระบวนการและสถานะของอุปกรณ์วัด คุณสมบัติเช่นการเชื่อมต่อระยะไกลช่วยทำให้ข้อมูลการวินิจฉัยมีความสามารถใช้งานมากขึ้น ทำให้วิศวกรสามารถดำเนินการเช่นการตรวจหาข้อผิดพลาดหรือการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของเครื่องมือโดยไม่ต้องอยู่ในที่ ความคาดการณ์ที่มากขึ้นช่วยให้การบำรุงรักษาเชิงรุกเชิงก่อน หลีกเลี่ยงการหยุดชะงักที่ไม่จำเป็นและลดความเสี่ยงของความเสียหายที่เป็นไปได้ของโรงงานกระบวนการสำคัญหรือคุณภาพไฮโดรเจนที่เสียหาย

เครื่องมือดิจิทัลมีความง่ายในการใช้งานมากขึ้น ทำให้ผู้ปฏิบัติงานในระดับใดก็ได้สามารถเข้าถึงหรือส่งข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับการดำเนินงานและการบำรุงรักษาโดยใช้เทคโนโลยีที่คุ้นเคย เช่น รหัส QR

การอัตโนมัติสามารถช่วยในการพัฒนาเศรษฐกิจไฮโดรเจน

การพัฒนาแหล่งพลังงานเช่นไฮโดรเจนสีเขียวถูกคาดว่าจะมีบทบาทที่สำคัญในการบรรลุเป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนสู่อากาศซึ่งโดยการคาดการณ์ว่าเศรษฐกิจไฮโดรเจนระดับโลกจะมีมูลค่า 2.5 ล้านล้านเหรียญและสร้างงาน 30 ล้านอัตราภายในปี 2050 ในการเพิ่มประสิทธิภาพและความปลอดภัยและให้ข้อมูลที่จำเป็นในการตัดสินใจ เครื่องมือสมาร์ทเป็นสิ่งที่แทบแน่นอนจะมีบทบาทสำคัญในการเติบโตนี้