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为何可靠的测量对于氢经济和绿色转型至关重要?

更新时间:2024-03-26  |  点击率:236

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作为推动绿色能源转型的关键因素,氢表现出巨大的潜力和前景,特别是面临电气化挑战的工业领域。维萨拉高级战略和业务发展经理

 Anu Pulkkinen 介绍了氢经济的现况以及准确测量对于推动绿色转型的重要性。


氢经济是指通过使用氢能源帮助交通运输、航运航空、重工业等难以实现电气化的经济领域实现脱碳。与其他化石燃料替代品一样,

根据生产方式,氢能源可分为以下颜色类型:


绿色氢:利用风能或太阳能等可再生能源产生的电力,通过电解水进行生产。

蓝色氢:通过将化石天然气分解为氢气和 CO2,然后捕获并储存或利用产生的 CO2 进行生产。

灰色氢:当下的常见氢形式,其制造方式与蓝色氢相同,只不过 CO2 被释放到大气中而不是被捕获。


蓝色氢和绿色氢将在推动氢经济发展方面发挥重要作用。


 

氢能源对于全球能源转型至关重要


随着生产技术的持续进步和氢能源应用场景的不断丰富,氢经济正以的速度发展着。氢能源已广泛用作炼油、氨和甲醇生产等过程中的

原料或燃料,并在制钢过程中充当还原剂。这些行业都在向更清洁的绿色氢能源转型,这一转变有望大幅减少排放。


氢能源也广泛应用于燃料电池领域,可用于驱动公交车和卡车的电动机,同时也被用作发电过程中的储能介质和能源来源。此外,

氢能源及氢基燃料为航运和航空业这两个实现脱碳尤为艰难的行业提供了潜力的低碳解决方案。


为何可靠的测量对于氢经济至关重要


维萨拉始终以全局视角对待脱碳问题,包括流程优化、碳捕获利用和储存 (CCUS)、电气化以及新技术和功能改进等方面。准确测量

湿度、二氧化碳和甲烷等参数对于促进氢经济发展和加速绿色能源转型至关重要。


  维萨拉用于测量这些参数的仪表可提供稳定、实时的在线测量数据,无需依赖人工采样。它们响应迅速,非常易于安装和维护,校准

间隔较长,并且不含任何需要更换的移动部件或耗材。


 维萨拉测量探头能够将直流信号 (4-20 mA) 和现场总线 (Modbus) 发送到工厂的自动化系统,无需安装任何额外的软件或硬件。所有

维萨拉仪表都能在较大的温度范围内工作,我们还提供强大的防雨和防爆认证选项,支持在挑战性的爆炸性环境中进行安装。让我

们通过几个示例来了解一下维萨拉技术如何应用于氢能源相关应用。

 


燃料电池依赖于可靠的湿度测量


氢能源广泛用于燃料电池应用,其中由于燃料电池质子交换机制,湿度控制至关重要。燃料电池内部是聚合物电解质膜 (PEM),负责在阳极

和阴极之间传导质子。必须控制反应气体(阳极侧的氢气和阴极侧的空气)的湿度以保持膜的完整性。


当湿度保持在良好的水平时,PEM 能表现出良好的质子电导率和低电阻特性;然而,一旦过于干燥,其导电性能将急剧下滑,从而严重

制约电池的功率输出能力。然而,如果湿度过高,则会对膜造成机械损坏,导致电阻增大和电压降低。


自 20 世纪 90 年代初期氢燃料电池技术诞生以来,维萨拉的技术便一直在支持其发展。汽车和造船行业的很多头部企业在其燃料电池开发

过程中使用维萨拉 HUMICAP® 技术。维萨拉湿度传感器也被芬兰 VTT 技术研究中心广泛应用于氢能源相关研究项目。VTT 专家不断

探索低温 (PEM) 和高温(固体氧化物)燃料电池技术,他们在燃料电池堆前后安装维萨拉仪表以监测和控制过程气体湿度。维萨拉仪表

还可用于测量氢气纯化和生产过程中环境空气的湿度水平。


 

测量 CCUS 应用中的 CO2 和湿度


 在全球碳中和进程中,CCUS 扮演至关重要的角色。在温室气体 (GHG) 减排难度较大的行业,CCUS 可能是实现脱碳的途径。仍依赖化石

燃料的能源密集型行业也需要采用 CCUS 技术。


连续、在线测量传入和传出气流中的 CO2 浓度,可帮助捕获 CO2 的工厂实时监控性能并优化工艺过程。在研究和开发新的捕获技术时,

准确的 CO2 和湿度测量也至关重要,因为这可以提供有关过程动力学和性能的宝贵见解。


 丹麦阿迈厄岛 CopenHill 垃圾焚烧发电厂使用维萨拉技术进行点源 CO2 捕获。该工厂每年将 560,000 吨废物转化为电力、热能和灰烬。

其碳捕获过程依靠维萨拉多气体测量探头 MGP261 来测量湿度和捕获的 CO2 浓度。捕获的 CO2 然后可与氢气一起用来生产绿色燃料和

化学品。

 


测量 SOEC 应用中的 CO2、甲烷和湿度


 固体氧化物电解 (SOEC) 共电解技术利用 CO2、水和电能来生产氢气和甲烷。尽管该技术仍处于试验阶段,但预计它将在日本到 2050 年

实现 90% 可再生能源气体转型的过程中发挥重要作用。


所使用的 CO2 可以从多个来源捕获,包括从工业排放中捕获、直接从大气中捕获,或从沼气中提纯生物甲烷的过程中捕获。SOEC 过程

通常使用可再生能源,不需要贵金属或稀土元素,这减少了其对环境的影响。


碳捕获过程中准确测量 CO2 有助于提高 SOEC 工艺过程的效率并减少 GHG 排放。在监管制度日益严格的情况下,这也变得越发重要。


  维萨拉甲烷、二氧化碳和湿度多气体测量探头 MGP261 可用于 SOEC 共电解工艺过程,实时测量原料(CO2、湿度)和产品(甲烷),

以提高效率并优化工艺过程。

 


工业测量是绿色转型的重中之重


可再生能源和清洁能源生产是每个行业实现脱碳和绿色转型的核心所在,而可靠测量对于助力实现转型的创新技术和工艺过程的作用不容

小觑。维萨拉技术通过可靠的仪表助力加速脱碳,这些仪表可实时提供可靠、稳定的湿度、二氧化碳和甲烷测量数据。让我们携手共进

,有力推动氢经济的发展,实现真正的可持续变革。