Rellene con hidrógeno a la presión adecuada

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Detalles: Publicado: 09.04.2023; Última actualización: 08.04.2024; Golpea: 3630

a dem hidrógeno (H2) como combustible alternativo para lograr un gran avance, necesitamos automóviles de hidrógeno atractivos y vehículos comerciales de alto rendimiento que puedan reabastecerse en una infraestructura de estaciones de servicio a nivel nacional. La estructura del hidrógeno correspondiente. gasolineras requiere mucho medición, por lo que la seguridad a la hora de repostar con hidrógeno está garantizada. Wika ofrece la instrumentación compleja para ello, como válvulas, sensores de temperatura o presión.

contenido

El fin de la "gasolina" y el "diésel" es inminente
Ampliación de la infraestructura para el repostaje de hidrógeno
Estándares para infraestructura de hidrógeno aún en desarrollo
Tres desafíos generales del hidrógeno
Instrumentación compleja en estaciones de servicio de hidrógeno
Conclusión y perspectivas para las estaciones de servicio de hidrógeno

El fin de la "gasolina" y el "diésel" es inminente

El cambio climático es sin un amplio cambio de movilidad sin detenerse, y mucho menos dar marcha atrás. Por lo tanto, los motores de combustión interna convencionales deben ser reemplazados por alternativas respetuosas con el medio ambiente, como p. B. la celda de combustible o el accionamiento eléctrico pueden ser reemplazados. La eliminación gradual de los vehículos que funcionan con gasolina o diésel se acelerará a medida que haya más demanda de vehículos con unidades libres de emisiones.

Los vehículos propulsados por hidrógeno cobran cada vez más importancia aquí, porque el pila de combustible H2 tiene datos de rendimiento similares a los de los vehículos propulsados por gasolina o diesel. Se están formulando objetivos ambiciosos para la movilidad H2 en el tráfico rodado en todo el mundo, especialmente en el sector de los vehículos comerciales. Las empresas de logística y transporte ya han comenzado a convertir sus flotas en vehículos propulsados por hidrógeno. Los automóviles propulsados por hidrógeno también están apareciendo cada vez más en las calles.

Ampliación de la infraestructura para el repostaje de hidrógeno

El mayor desarrollo de la movilidad respetuosa con el medio ambiente depende de manera crucial de la expansión de la infraestructura de la estación de servicio correspondiente. También necesitamos una red adecuada de estaciones de servicio de hidrógeno, que garantice un suministro sin desvíos. Actualmente hay alrededor de 700 en todo el mundo. Estaciones de repostaje de hidrógeno (HORAS). Se espera que el número aumente a 2030 para 6000. En Alemania contamos actualmente con la red de estaciones de servicio de hidrógeno más densa de Europa. Un total de 95 estaciones de servicio de H2 de este tipo estaban en funcionamiento a principios de año.

De manera análoga a la expansión de la infraestructura de las estaciones de servicio de hidrógeno, la producción de hidrogeno verde aumentar. Esto significa que el hidrógeno se puede obtener por electrólisis. Energías renovables quiso decir. Esta es la única forma de generación de energía neutral para el clima. Según información de la empresa energética EnBW, actualmente 40 plantas en Alemania están produciendo hidrógeno verde. Dichos electrolizadores están idealmente ubicados cerca de grandes parques eólicos o parques solares.

Su producto será entregado a la estación de servicio de hidrógeno en los llamados remolques tubulares. Estos son remolques con una combinación de siete tanques tubulares de acero. Los tanques se reemplazan cada vez más por tanques de fibra de carbono Tipo IV porque ofrecen una presión de tanque más alta de 500 bar y más en lugar de los 200 bar anteriores. También son más ligeros, lo que permite una mayor carga útil. Esto significa que se puede transportar 1 t de combustible en un camión cisterna. Comparativamente, el llenado del tanque de un automóvil es de unos 4 a 5 kilogramos, el de un camión es de 40 kilogramos y la tendencia va en aumento.

Estándares para infraestructura de hidrógeno aún en desarrollo

Paralelamente al desarrollo de la infraestructura, la industria del hidrógeno sigue trabajando en sus estándares. Se elaboran nuevas directrices y se adaptan las especificaciones existentes a los nuevos desarrollos. La industria está impulsando la estandarización integral de componentes y procesos. La usabilidad del H2 como combustible debe colocarse a nivel mundial, al mismo tiempo que se garantiza la mayor niveles de seguridad comprendido.

Consejo de lectura: tecnología de medición para la producción de hidrógeno

A Wika Alexander Wiegand SE & Co. KG de Klingenberg y otros fabricantes de tecnología de medición, que ofrecen productos para la supervisión y el control en la gasolinera, les resulta difícil orientarse en la panorama cambiante de las normas. A menudo, aún no está claro qué pautas se deben definir para la cartera de hidrógeno propia, independientemente de si se trata de nuevas soluciones o de la modificación de productos existentes. Las especificaciones permanentes para las estaciones de servicio de hidrógeno se pueden encontrar, por ejemplo, en la serie de normas ISO 19880. Y, por supuesto, el H2 también tiene propiedades muy específicas que afectan el desarrollo específico de la aplicación de medición y otras tecnologías.

Tres desafíos generales del hidrógeno

Independientemente de los requisitos específicos de la estación de combustible, las propiedades fisicoquímicas del H2 ya son significativas Requisitos para la tecnología de medición. Ellos son los siguientes:

Debido a que el hidrógeno es altamente inflamable, a menudo existen requisitos correspondientes para aplicaciones estacionarias. protección contra explosiones de los dispositivos utilizados. Debido a su pequeño tamaño de partícula, el H2 penetra en los materiales y forma una mezcla explosiva en el aire en concentraciones tan bajas como el 4%. Por esta razón, generalmente se utilizan conexiones con juntas soldadas o sellos metálicos para la adaptación al proceso de los dispositivos de medición.

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Debido a que las moléculas de H2 son extremadamente pequeñas, penetran las estructuras metálicas. Aquí puedes fragilización material y por lo tanto representan un riesgo para la seguridad.Por lo tanto, los fabricantes de dispositivos de medición para aplicaciones de hidrógeno prefieren utilizar aceros austeníticos como el 316L.
El hidrógeno se deteriora en sensores la estabilidad deseada a largo plazo de la señal de medición. Su adhesión a la resistencia y/o su penetración en estructuras sensibles del dispositivo de medición electrónico puede provocar una desviación de la señal o un error de medición. El uso de capas separadoras puede evitar la penetración de hidrógeno. El elemento químico oro, por ejemplo, es adecuado como material para esto.

Altas presiones con un amplio rango de temperatura

Además de estos requisitos de aplicación general para aplicaciones de hidrógeno, la instalación de dispositivos en estaciones de servicio de hidrógeno plantea otros desafíos específicos. La tecnología de medición y la tecnología de control deben estar aquí para Presiones hasta 900 bar estar diseñado para temperaturas entre -40° y +85 °C. Estas especificaciones resultan de la construcción de una estación de llenado de H2 y del propio llenado con hidrógeno:

Como ya se mencionó, el hidrógeno se entrega en remolques tubulares a una presión de 200 bar actualmente. luego compacto Compresores el H2 en tanques de alta presión a casi 900 bar. Esto se hace en varias etapas. Esta compresión se adapta a la presión del tanque del automóvil a 700 bar. La presión del tanque del camión actualmente sigue siendo de 350 bar. En el futuro se incrementará a 700 bar. para aumentar el rango. Los datos se intercambian entre los sensores de la bomba (dispensador) y los sensores del depósito del vehículo, con los que se pueden regular los valores de presión y caudal necesarios.

El proceso de repostaje también debe optimizarse lo más posible en cuanto a tiempo, con presión y temperatura juegan un papel importante: por un lado, cuanto mayor es la diferencia de presión entre el vehículo y la estación de servicio, más rápido fluye el hidrógeno. Aquí no se debe exceder la presión especificada de los tanques del vehículo. Por otro lado, la curva de temperatura a lo largo de la ruta del tanque juega un papel importante, porque el hidrógeno se calienta durante la expansión. Por este motivo, el gas se enfría primero a -40 °C mediante un intercambiador de calor para mantener los 85 °C hasta los que se especifican los depósitos de los vehículos. Cuanto más se acerca la temperatura a los 85 °C, más se debe ralentizar y reajustar el proceso de repostaje mediante refrigeración.

Instrumentación compleja en estaciones de servicio de hidrógeno

Dados estos criterios potencialmente críticos en las estaciones de tanques, el línea de llenado Las estaciones de servicio de hidrógeno están equipadas con sensores de temperatura, presión y flujo, así como válvulas de ventilación y cierre. Debido a las altas presiones, los caudalímetros Coriolis en particular se utilizan para controlar el caudal.

Los puntos de medición de temperatura y presión contribuyen significativamente Seguridad de funcionamiento en. Los termómetros deben tener tiempos de respuesta cortos y ser resistentes a la presión: la instalación de un tubo protector no es adecuada debido a la rapidez de respuesta necesaria. La punta del sensor de temperatura debe soportar presiones sin protección de hasta 875 bar. Sin embargo, debe ser tan compacto que afecte lo menos posible al flujo de medios. Una conexión con una conexión roscada de rosca cónica sella de forma fiable el punto de medición.

Hidrógeno + pila de combustible: componentes para la generación de energía

El Sensores de presión para las estaciones de servicio de hidrógeno suelen tener una presión nominal de 1000 o 1050 bar. El valor resulta de la presión nominal del tanque en el vehículo más un factor de seguridad relacionado con la temperatura. Para un automóvil, eso es 700 bar. Los sensores también deben soportar el rango de temperatura entre -40 °C y +85 °C que es típico para HRS. También se requiere protección contra explosiones y, en algunos puntos de medición, incluso la certificación SIL.

Conclusión y perspectivas para las estaciones de servicio de hidrógeno

Con la construcción de una infraestructura nacional de estaciones de servicio para automóviles de hidrógeno, los fabricantes de tecnología de medición se abren nuevas perspectivas en el prometedor segmento de mercado H2 Mobility. Porque esto requiere una gran cantidad de estaciones de reabastecimiento de hidrógeno y electrolizadores cada vez más potentes para la producción neutral para el clima de hidrógeno verde. Para grandes estaciones de servicio de H2 con el espacio adecuado, como en las áreas de servicio de las autopistas, incluso puede ser rentable producir su propio hidrógeno con electricidad verde. También es concebible la construcción de tuberías de hidrógeno puro para la conexión directa de las estaciones de servicio a la futura red de suministro.

El módulo IO protege las estaciones de servicio de hidrógeno de Resato

Los requisitos metrológicos para la infraestructura de hidrógeno se pueden diseñar con más propósito cuando las estandarizaciones actuales se hayan completado en gran medida. La industria del hidrógeno se esfuerza por reducir los costos de construcción y operación de estaciones de servicio a través de la estandarización, componentes eficientes y procesos optimizados para que el repostaje de hidrógeno tenga un precio atractivo. Para el fabricante de tecnología de medición, esto se traduce en requisitos adicionales en la dirección de aumento de la eficiencia.

Wika expone en el Hannover Messe 2023.