Aumento da eficiência na produção de hidrogênio verde
Redução de emissões por meio da otimização do desempenho e da segurança na produção de hidrogênio
A eletrólise, o principal método de produção de hidrogênio verde, ainda é relativamente ineficiente. Melhorar a eficiência da eletrólise é fundamental para reduzir o custo da produção de hidrogênio verde. O ajuste fino dos parâmetros operacionais dos eletrolisadores, como densidade de corrente, temperatura e pressão operacional, pode afetar significativamente a eficiência energética. A otimização desses parâmetros pode maximizar a produção de hidrogênio verde e, ao mesmo tempo, minimizar o consumo de energia renovável e a degradação do material.
Principais fatos
70%
of electrical energy is currently converted into hydrogen. (Source: IEA 2021 report)
Mapas de processos de produção de hidrogênio
©Endress+Hauser
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Mapa do processo de um eletrolisador alcalino indicando os parâmetros relevantes de medição do processo.
Mapa do processo de um eletrolisador PEM indicando os parâmetros relevantes de medição do processo.
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Medição da qualidade da água para uma eletrólise eficiente
A produção de hidrogênio verde envolve a eletrólise da água. Esse processo requer uma quantidade substancial de água. O uso sustentável dos recursos hídricos é uma preocupação válida na produção de hidrogênio verde. A água pura ou destilada deve ser usada na eletrólise para minimizar a presença de impurezas que possam interferir na reação química e reduzir a eficiência do processo de produção de hidrogênio verde. A água de alta pureza é obtida por meio de processos como a osmose reversa.
Nosso conhecimento em campo
É essencial medir os seguintes parâmetros: nível, vazão, pressão, condutividade e, em alguns casos, pH.
- A condutividade é um parâmetro de medição fundamental para garantir a qualidade da água. Nosso sensor de condutividade digital Memosens CLSE16 possui a tecnologia Memosens 2.0 com armazenamento de dados e transmissão sem contato.
- Os medidores de vazão são utilizados para monitorar líquidos condutivos e garantir a confiabilidade da entrada de água do eletrolisador. O Promag W 10 é o primeiro medidor de vazão eletromagnético do mundo para medições em instalações sem necessidade de trecho reto.
- A medição da pressão durante a preparação da água para eletrólise é essencial para detectar bloqueios na filtragem e na osmose. O Cerabar PMP51B é um sensor confiável e fácil de usar para reduzir falhas sistemáticas na produção de hidrogênio verde.
- A medição do nível é fundamental para manter um fornecimento consistente, evitar o funcionamento a seco e promover a eficiência dos recursos. Levelflex FMP51 é adequado para separadores de hidrogênio e oxigênio e altamente resistente a substâncias corrosivas.
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Eletrólise de água alcalina
A eletrólise da água alcalina é um processo que envolve a separação da água em hidrogênio e oxigênio usando um eletrolisador. Nesse método, uma solução alcalina, normalmente hidróxido de potássio, serve como eletrólito para facilitar as reações eletroquímicas. A eletrólise da água alcalina é conhecida por sua eficiência e simplicidade, o que a torna uma tecnologia viável para a produção de hidrogênio em larga escala, especialmente quando alimentada por energia renovável em vez de fontes de combustível fóssil.
Nosso conhecimento em campo
Para aumentar a eficiência da produção e garantir o desempenho ideal, é essencial medir parâmetros específicos, incluindo vazão, nível, temperatura e pressão. Todos esses parâmetros críticos são convenientemente fornecidos pela Endress+Hauser.
- Para garantir a produção eficiente de oxigênio, um medidor de vazão de vortex, como o ProwirlF 200 é a escolha perfeita.
- Se o nível de água nos separadores ficar muito alto, ela pode transbordar para as células do eletrolisador. A detecção desse nível de líquido com diapasão vibratório com Liquiphant FTL51B evita esse transbordamento.
- A temperatura do eletrolisador afeta a taxa da reação de eletrólise. O sensor de temperatura iTHERM Moduline TM131 pode ser usado para otimizar os parâmetros operacionais do eletrolisador.
- A condutividade é um parâmetro de medição fundamental para garantir a qualidade da água. O sensor de condutividade digital Memosens CLS16E possui a tecnologia Memosens 2.0 com armazenamento de dados e transmissão sem contato.
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Eletrólise por Membrana de Troca de Prótons (PEM)
Os eletrolisadores PEM (Proton Exchange Membrane, membrana de troca de prótons) são outra tecnologia amplamente utilizada, juntamente com os eletrolisadores alcalinos. A tecnologia se baseia em uma membrana de eletrólito de polímero sólido, permitindo um design compacto e um controle preciso, o que a torna particularmente adequada para aplicações que exigem flexibilidade e capacidade de resposta na produção de hidrogênio verde. Os eletrolisadores PEM oferecem vantagens como alta eficiência, resposta rápida a cargas variáveis e adequação a aplicações descentralizadas.
Nosso conhecimento em campo
Para alcançar a eficiência ideal de produção de hidrogênio com recursos renováveis em vez de combustíveis fósseis, a medição dos principais parâmetros continua sendo crucial. Parâmetros como vazão, nível, temperatura e pressão são essenciais para a otimização do processo, podendo ser monitorados com eficiência usando a instrumentação da Endress+Hauser, garantindo um desempenho confiável nos sistemas de eletrólise PEM.
- Os medidores de vazão mássica Coriolis são altamente precisos e confiáveis na medição das taxas de vazão mássica. O Promass F 300 pode ser usado para otimizar os parâmetros operacionais do eletrolisador PEM.
- A medição do nível nos separadores garante a pureza do hidrogênio. O Levelflex FMP51 é adequado para separadores de hidrogênio e oxigênio.
- Se a pressão dos gases se tornar irregular, há risco de explosão. Nosso transmissor de pressão CerabarPMP51B é um sensor confiável e fácil de usar para reduzir falhas sistemáticas.
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Compressão e armazenamento seguros de hidrogênio verde
O hidrogênio se destaca como o único vetor de energia capaz de armazenar efetivamente o excesso de energia, seja por meio de compressão ou armazenamento em cavernas. Os líquidos orgânicos portadores de hidrogênio (LOHCs) apresentam uma abordagem alternativa para o armazenamento e o transporte de hidrogênio. Nesse método, o hidrogênio é quimicamente ligado a um composto orgânico líquido, o que permite uma maior densidade de energia em comparação com o hidrogênio gasoso.
Nosso conhecimento em campo
À medida que cresce o interesse nos LOHCs por seu potencial de armazenamento de hidrogênio, torna-se crucial monitorar e otimizar os processos envolvidos. Os sensores de precisão da Endress+Hauser fornecem meios confiáveis para monitorar a complexa dinâmica dos sistemas LOHC, garantindo operações eficientes e controladas durante os ciclos de armazenamento e liberação de hidrogênio.
- Garantir a medição precisa da pressão é essencial para evitar sobrepressões e prolongar a vida útil dos compressores. Nosso transmissor de pressão CerabarPMP71B mede de forma precisa e confiável a compressão de hidrogênio.
- A temperatura afeta a eficiência da compressão. Nosso sensor de temperatura iTHERMModuline TM131 pode ser usado para monitorar a eficiência do compressor.
- A Endress+Hauser é um fornecedor completo para seus dispositivos de medição em toda a cadeia de valor do hidrogênio. Para garantir transações confiáveis e conformidade com os padrões, nossa experiência na área o acompanha durante todo o projeto.
Benefícios
A instrumentação de processo aumenta a eficiência da eletrólise da água, oferecendo dados em tempo real sobre parâmetros cruciais. Isso permite um controle preciso, evitando problemas como superaquecimento ou cavitação. As taxas de vazão de gás são otimizadas para uma separação eficaz de oxigênio e hidrogênio. A condutividade e a pureza do eletrólito são monitoradas e controladas. A detecção de quedas de pressão identifica bloqueios ou vazamentos. A instrumentação avançada de processos permite a manutenção preditiva.
Principais fatos
10
milhões de dispositivos instalados em aplicações relacionadas à segurança desde 1953
Principais fatos
50%
maior tempo de disponibilidade do processo graças à tecnologia digital dos instrumentos Memosens
Como aumentar a eficiência da produção de hidrogênio verde
A instrumentação do processo desempenha um papel fundamental na melhoria da eficiência da eletrólise da água, fornecendo dados em tempo real sobre os principais parâmetros do processo e permitindo o controle ideal do sistema para produzir hidrogênio verde.
- Monitoramento e controle de temperatura e pressão para evitar superaquecimento ou cavitação
- Otimização das taxas de fluxo de gás para garantir a separação de oxigênio e hidrogênio
- Monitoramento e controle da condutividade e da pureza do eletrólito
- Detecção de quedas de pressão do sistema para identificar bloqueios ou vazamentos
- Manutenção preditiva possibilitada através de instrumentação avançada de processos