Sanayiden sıfır karbon emisyonu elde etme çabaları, çevresel, ekonomik ve jeopolitik faktörlerin çeşitliliği nedeniyle yeşil hidrojen gibi sürdürülebilir enerji kaynaklarının gelişimini hızlandırıyor. En son nesil akıllı cihazlar ve analizörler, yeşil hidrojen üretiminin verimliliğini, güvenliğini ve geçerliliğini artırmaya yardımcı olmaktadır. Sensörler, analizörler ve vericiler, iletkenlik, sıcaklık, seviye, basınç ve akımı ölçmede yardımcı olur.
İklim değişikliği ve enerji güvenliği endişelerinin birleşmesiyle, dünya genelinde ülkeler, karbon dioksit (CO2) ve metan gibi sera gazlarının üretimini azaltmaya odaklanmakta ve fosil yakıtlardan daha sürdürülebilir alternatiflere geçiş yollarını bulmaktadır. Geçen yılki Glasgow'daki COP26 zirvesi, ülkeleri 2030 için iddialı emisyon azaltma hedefleri belirlemeye teşvik etti ve yüzyılın ortasına kadar net sıfır karbon emisyonuna ulaşmayı amaçladı. Projeksiyonlar, küresel hidrojen ekonomisinin 2050 yılında 2,5 trilyon dolar değerinde olacağını ve 30 milyon iş yaratacağını tahmin etmektedir. Verimliliği ve güvenliği maksimize etmek, karar verme sürecini bilgi ile desteklemek için,
Bu hedeflere ulaşmak, geleneksel enerji kaynaklarından, kömür, petrol ve gaz gibi, emisyonları minimum düzeyde üreten ve tedarik için birkaç ülkeye bağlı olmayan yenilenebilir kaynaklara geçmeyi gerektirecektir.
Sürdürülebilir yakıt için hidrojen, gübre ve plastik hammaddesi
Her şeyden eğlenceden endüstriyel kullanıma kadar enerji tedarikinin kritikliği, tutarlı, güvenilir ve ölçeklenebilir kaynaklar gerektirir. Rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir kaynaklar emisyonları azaltmaya yardımcı olabilirken, üretilen elektriği depolamak zordur ve aralıklıdır.
Bununla birlikte, çevresel etkilerine rağmen, fosil yakıtlar enerji tedarikinin ana kaynağı olarak kullanılmaya devam etmiştir. Bu, daha yüksek enerji yoğunluğu sağlamaları, mevsimsel talebi karşılamak için depolanabilmeleri ve karbona bağlı endüstriyel süreçler için kimyasal hammadde olarak kullanılma potansiyelleri gibi avantajlar sunmaları nedeniyledir.
Hidrojenin bir enerji kaynağı olarak giderek daha fazla kabul görmesi bunu değiştiriyor. Hidrojen, yenilenebilir ve fosil yakıtların birçok avantajını sunar - düşük veya sıfır emisyonlarla üretilebilir, depolanabilir ve taşınabilir, temiz yanma sağlar ve daha fazla kimyasal işleme veya üretimde kullanılmak üzere reaktiftir.
Bu nedenle, enerji kullanımını dekarbonize etmeye yardımcı olacak ana yakıtlardan biri olarak kabul edilir. Taşımacılık ve elektrik pik santralleri için yakıt olarak kullanılabilirken, hidrojen yakıldığında birçok endüstri ve konut ile ticari binalar için ısı sağlayabilir. Hidrojen, gübreler, yakıt rafine etme ve plastikler gibi kimyasalların hammaddesi olarak da kullanılabilir.
Renk sınıflandırmalarına göre hidrojen üretimi, hidrojen ekonomisi geleceği
Hidrojen üretimi iyi anlaşılmıştır ve birçok süreç kullanılabilir. Bu süreçler, hidrojenin kimyasal kökeni ve elektrik kaynağının yenilenebilirliği açısından farklılık gösterir.
Hidrojen üretimi genellikle kullanılan yönteme bağlı olarak yeşil, gri, mavi, kahverengi veya beyaz olarak sınıflandırılır. En çevreci tür olan yeşil hidrojen, yenilenebilir enerji veya nükleer enerji kullanılarak elektroliz yoluyla üretilir.
Eğer hidrojen iklim değişikliğini hafifletmede önemli bir katkı yapacaksa, üretimi yenilenebilir enerji kaynaklarıyla güçlendirilmiş sıfır karbonlu elektrolize dayanmalıdır. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA), 2050 yılına kadar net sıfır emisyon elde edilirse, endüstrinin toplam hidrojen talebinin 2030 yılına kadar %44 artacağını tahmin ediyor ve IEA'nın Eylül 2022 tarihli hidrojen takip raporuna göre, düşük karbonlu hidrojenin 21 milyon tonunu oluşturacak. Bazı ilerlemeler hidrojen üretimini artırmak için yapılmaktadır, IEA'ya göre 2020 yılında yaklaşık 70 MW elektroliz kapasitesi kurulmuş ve bir önceki yılın rekoru ikiye katlanmıştır.
Kontroller, enstrümantasyon ile elektrolizör performansını optimize etmenin 3 yöntemi
Çok aşamalı bir süreç olan yeşil hidrojen üretimi, güvenli ve verimli işlemeyi sağlamak için doğru ölçümleri gerektirir. ISO22734:2019 (Su elektrolizi kullanan hidrojen jeneratörleri - Endüstriyel, ticari ve konut uygulamaları) hidrojen üretim süreçlerinde ölçülmesi gereken ana parametreleri belirler ve kontrolü sürdürmeye ve verimliliği veya güvenliği etkileyebilecek potansiyel sorunları önlemeye yardımcı olur.
Yeşil hidrojen üretmek için bugün kullanılan üç ana elektroliz yöntemi bulunmaktadır.
Alkali elektroliz (AEC), olgun, ticari bir teknolojidir. Hidrojen üretmek için kullanılan elektrolitin iletkenliğini maksimize etmek için AEC elektrolizörleri, lye olarak bilinen %25-30 ağırlıkça potasyum hidroksit (KOH) çözeltisi kullanır. Elektrolitin yüksek alkali yapısı, elektrolit ile temas eden herhangi bir enstrümanın korozyona dayanıklı olması gerektiği anlamına gelir. PVDF gövde ve Hastelloy C elektrotlar gibi özelliklerle, endüstriyel bir iletkenlik sensörü, yüksek konsantrasyonlu KOH ölçümü gibi agresif uygulamalar için idealdir.
PEM (Proton Değişim Membranı) elektrolizörü, elektrolit çözeltisi olarak saf su kullanır, alkali elektrolizörlerle gereken potasyum hidroksit elektrolit çözeltisini geri kazanma ve geri dönüştürme ihtiyacını ortadan kaldırır. Suyun saflığı önemlidir, ters ozmoz ve iyon değişim reçineleri, suyun iletkenliğini 0,1 mS/m'den az olacak şekilde deiyonize etmek için kullanılır. Ultra saf su uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanan 2-elektrotlu bir iletkenlik hücresi, su iletkenliğinin bu seviyede korunduğundan emin olabilir ve neredeyse hiç bakım gerektirmez.
Solid Oksit Elektroliz Hücreleri (SOE'ler), elektrolit olarak seramikleri kullanır ve düşük malzeme maliyetlerine sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda çalışan ve yüksek derecede elektrik verimliliğine sahip olan SOE'ler, elektroliz süreci için buhar kullanır ve bu nedenle bir ısı kaynağı gerektirir. Elektrolizörü beslemek için su yerine buhar kullanan SOE elektrolizörleri, AEC ve PEM elektrolizörlerinden farklı enstrümantasyon gereksinimlerine sahiptir ve akıllı enstrümantasyon ile akış, basınç ve sıcaklığın doğru ölçümünü gerektirir.
Hidrojen elektroliz reaksiyonlarını kontrol etmek, doğru gaz analizörlerini gerektirir
Bir hidrojen elektroliz sürecinin işlem kontrolü, üç ana işlevi yerine getirir - güvenli işletme, verimli güçten hidrojene dönüşüm ve gaz saflığı kontrolü.
Elektroliz sürecindeki bir zorluk, hidrojen akışında oksijenin küçük konsantrasyonlarının birikme potansiyeli ve oksijen akışında hidrojenin birikme potansiyelidir. Elektrolizör yığın montajı, gazın elektrolizör hücresinin bir tarafından diğerine sızmasına neden olabilir. ISO22734 bunu bir hata durumu olarak tanımlar.
Bunu önlemek için, hidrojen elektrolizörleri, hidrojenin oksijen akışında ve tersi şekilde çok düşük seviyelere kadar ölçebilen hassas gaz analizörlerine ihtiyaç duyar.
Ham hidrojen gazı ayrıca elektrolizör hücresinden elektrolit buharları içerir. Bir darbe indirme faz ayırıcısı, elektrolizörden sonra gaz ve sıvı ayrımına izin verir. Darbe indirme faz ayırıcısındaki sıvı seviyesinin izlenmesi kritiktir, çünkü çok düşük bir seviye elektrolizörü kapatır ve bir azot gazı temizlemesi tetikler.
Hidrojen ölçümleri için seviye ölçümü, sıcaklık kontrolü
Faz ayırıcıda düşük ve yüksek seviyeleri ölçmek için manyetik seviye cihazları, manyetik anahtarlar ve sensörler kullanılabilir. Manyetik seviye ölçümü, işlem ortamından cihazı izole ederek, faz ayırıcıdaki seviyeleri ölçmek için ideal temas etmeyen bir çözüm sunar ve aynı zamanda genellikle nokta seviye anahtar teknolojisi ile ilişkilendirilen maliyetli contalar, diyafram ve işlem bağlantılarına gerek duymaz. Set noktaları, işlem borularında herhangi bir değişiklik yapmadan ayarlanabilir, böylece hızla dağıtılabilen, kolayca ayarlanabilen ve bakımı kolay seviye anahtarları elde edilir.
Sıcaklık kontrolü de kritiktir. Yenilenebilir kaynaklardan değişken elektrik tedariki, elektrolizörün üretimi artırmasına, daha fazla akım çekmesine ve sıcaklığı yükseltmesine neden olabilir. Yığın sıcaklığını sürekli olarak ölçmek, güvenli sınırlar içinde seviyeleri korumak için etkili bir soğutma kontrolü sağlar.
Platin direnç termometresi ile uygun bir vericinin birleştirilmesi, gerekli ölçümleri sağlayacak ve bir alarm durumunda önleyici önlemleri tetikleyecek bir çözüm sunacaktır. Sürekli sensör izleme ve kendi kendini izleme gibi özellikler de dahil edildiğinde, besleme voltajı ve tel kırıkları veya korozyon gibi sorunlar hakkında ek bilgiler toplama olasılığı da vardır.
Aynı teknolojiler, hidrojende oksijen izlerinin son hidrojen ürününü oluşturmak için eksotermik bir katalitik reaksiyonda suya dönüştürüldüğü de-oksijenasyon aşamasında sıcaklıkları izlemek ve kontrol etmek için uygulanabilir. Reaksiyonun kontrol altında kalmasını ve koşulların güvenli sınırlar içinde kalmasını sağlamak için sıcaklığı izlemek esastır.
Basınç ölçümleri, sıvı su beslemesi pompalama
Bazı elektrolizör tipleri yüksek basınçta çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Gazın yüksek basınçta kullanılacak olması durumunda basınç seviyelerinin doğru bir şekilde ölçülmesi özellikle önemlidir, çünkü sıvı su beslemesini elektrolizöre 30 bar gibi yüksek bir basınca pompalamak, elektrolizörden sonra hidrojen gazını atmosfer basıncından 30 bara sıkıştırmaktan çok daha az maliyetli ve enerji yoğundur. Basınç seviyelerini sürekli olarak izlemek için su devresine dijital bir basınç vericisi takmak, pompalama performansını optimize etmeye yardımcı olabilir.
Elektrolizörün aşırı basınç altında kalmasını önleyerek işlem güvenliğini sağlamak ve elektrolizör tarafından üretilen hidrojen ve oksijen gazlarının engelsiz bir şekilde akmasını sağlamak için doğru ve güvenilir basınç ölçümü önemlidir.
Oksijen ve hidrojen gazlarının basıncını ölçen basınç vericileri. TUV NORD sertifikası, IEC61508 standart serisine göre işlevsel güvenlik açısından işlem güvenlik kontrol sistemlerinde kullanım için basınçlı elektrolizörleri korumaya yardımcı olur.
Hidrojen uygulamalarında basınç vericilerini etkileyebilecek bir diğer sorun hidrojen geçirgenliği sorunudur. Hidrojen moleküllerinin basınç verici diyaframından geçerek basınç vericisinin doldurma sıvısına difüzyon yapmasıyla oluşan hidrojen geçirgenliği, basınç vericisinin performansını bozabilir ve başarısızlığa neden olabilir. Titanyum esaslı ikili nano kaplamanın uygulanması, basınç vericisi diyaframının değişen basınç koşullarına yanıt vermesini sağlarken hidrojen iyon geçirgenliğine karşı en yüksek direnci sağlar.
Akıllı ölçüm otomasyonu, kontrol verimliliği ekler
Günümüzün akıllı dijital ölçüm teknolojileri, işlem performansını ve ölçüm cihazlarının durumunu değerlendirmek için kullanılabilecek daha büyük bir doğruluk, aralık ve bilgi derinliği sağlar. Uzaktan bağlantı gibi özellikler, mühendislerin mevcut olmadan bile hata izleme veya bir cihazın yapılandırmasını değiştirme gibi işlemleri gerçekleştirmesine yardımcı olur. Daha fazla öngörülebilirlik, gereksiz duraksamaları önleyen ve potansiyel olarak ana işlem tesisine zarar verme veya hidrojen kalitesini bozma riskini en aza indiren proaktif bakımı kolaylaştırır.
Dijital cihazlar, QR kodları gibi tanıdık teknolojileri kullanarak her seviyeden operatörlerin ana işletme ve bakım verilerine erişmesini veya iletmelerini kolaylaştırarak gelişmiş basitlik sunar.
Otomasyon, hidrojen ekonomisinin gelişmesine yardımcı olabilir
Yeşil hidrojen gibi enerji kaynaklarının geliştirilmesi, 2050 yılına kadar küresel hidrojen ekonomisinin 2,5 trilyon dolar değerinde olacağı ve 30 milyon iş yaratacağı tahminleriyle net sıfır karbon hedeflerine ulaşmada giderek artan bir rol oynayacağı öngörülmektedir. Verimliliği ve güvenliği maksimize etmenin yanı sıra karar verme sürecine bilgi sağlamak için gerekli verileri sunmanın bir yolu olarak, akıllı cihazların bu büyümede büyük bir rol oynaması neredeyse kesindir.
