Vul waterstof bij met de juiste druk

AUTOMOBIL

Details: Gepubliceerd: 09.04.2023; Laatst bijgewerkt: 08.04.2024; Hits: 3628

Naar dem waterstof (H2) als alternatieve brandstof om tot een doorbraak te komen hebben we aantrekkelijke waterstofauto's en krachtige bedrijfswagens nodig die kunnen worden getankt in een landelijke tankstationinfrastructuur. De structuur van de overeenkomstige waterstof benzinestations vereist veel maat, zodat de veiligheid bij het tanken met waterstof gegarandeerd is. Wika biedt hiervoor de complexe instrumentatie, zoals kleppen, temperatuur- of druksensoren.

inhoud

Het einde van de "benzine" en "diesel" staat voor de deur
Uitbreiding van de infrastructuur voor het tanken van waterstof
Normen voor waterstofinfrastructuur nog in ontwikkeling
Drie algemene uitdagingen van waterstof
Complexe instrumentatie bij waterstoftankstations
Conclusie en vooruitzichten voor waterstoftankstations

Het einde van de "benzine" en "diesel" staat voor de deur

Klimaatverandering is zonder alomvattend mobiliteit veranderen niet stoppen, laat staan omkeren. Conventionele verbrandingsmotoren moeten daarom worden vervangen door milieuvriendelijke alternatieven zoals b.v. B. de brandstofcel of de elektrische aandrijving kan worden vervangen. De uitfasering van voertuigen die op benzine of diesel rijden, zal worden versneld naarmate er meer vraag is naar voertuigen met emissievrije aandrijving.

Voertuigen op waterstof komen hier steeds meer in beeld, omdat de H2-brandstofcel heeft prestatiegegevens die vergelijkbaar zijn met die van voertuigen op benzine of diesel. Wereldwijd worden ambitieuze doelen voor H2-mobiliteit in het wegverkeer geformuleerd, met name in de bedrijfswagenbranche. Logistieke en transportbedrijven zijn al begonnen met het ombouwen van hun wagenpark naar voertuigen op waterstof. Ook auto's op waterstof verschijnen steeds vaker in het straatbeeld.

Uitbreiding van de infrastructuur voor het tanken van waterstof

De verdere ontwikkeling van milieuvriendelijke mobiliteit hangt in grote mate af van de uitbreiding van de bijbehorende tankstationinfrastructuur. Ook voor waterstof hebben we een passend tankstationsnetwerk nodig, dat een bevoorrading zonder omwegen garandeert. Wereldwijd zijn er momenteel zo'n 700 Waterstof tankstation (HRS). De verwachting is dat dit aantal in 2030 zal toenemen tot 6000. In Duitsland hebben we momenteel het dichtste netwerk van waterstoftankstations in Europa. Aan het begin van het jaar waren in totaal 95 van dergelijke H2-tankstations in gebruik.

Analoog aan de uitbreiding van de infrastructuur van de waterstoftankstations wordt de productie van groene waterstof toename. Dit betekent dat waterstof kan worden verkregen door elektrolyse Hernieuwbare energie bedoelde. Dit is de enige klimaatneutrale vorm van energieopwekking. Volgens informatie van het energiebedrijf EnBW produceren momenteel 40 fabrieken in Duitsland groene waterstof. Dergelijke elektrolysers zijn ideaal gelegen nabij grote windparken of zonneparken.

Uw product wordt in zogenaamde tubetrailers bij het waterstoftankstation afgeleverd. Dit zijn opleggers met een combinatie van zeven stalen buistanks. De tanks worden steeds vaker vervangen door Type IV koolstofvezel tanks omdat deze een hogere tankdruk bieden van 500 bar en meer in plaats van de voorheen 200 bar. Ze zijn ook lichter, wat een hoger laadvermogen mogelijk maakt. Dit betekent dat 1 ton brandstof op een tankwagen vervoerd kan worden. Ter vergelijking: de tankvulling van een auto is zo'n 4 à 5 kilogram, die van een vrachtwagen 40 kilogram en de tendens neemt toe.

Normen voor waterstofinfrastructuur nog in ontwikkeling

Parallel aan de ontwikkeling van de infrastructuur werkt de waterstofindustrie nog steeds aan haar standaarden. Nieuwe richtlijnen worden opgesteld en bestaande specificaties worden aangepast aan nieuwe ontwikkelingen. De industrie dringt aan op uitgebreide standaardisatie van componenten en processen. De bruikbaarheid van H2 als brandstof moet op wereldwijde basis worden geplaatst - terwijl het hoogst mogelijke wordt gegarandeerd veiligheidsniveaus begrepen.

Leestip: Meettechnologie voor waterstofproductie

De Wika Alexander Wiegand SE & Co. KG uit Klingenberg en andere fabrikanten van meettechniek, die producten voor bewaking en besturing bij het tankstation aanbieden, hebben moeite hun weg te vinden in de veranderend landschap van normen. Het is vaak nog onduidelijk welke richtlijnen voor het eigen waterstofportfolio moeten worden opgesteld, of het nu gaat om nieuwe oplossingen of om aanpassing van bestaande producten. Vaste specificaties voor waterstoftankstations zijn bijvoorbeeld terug te vinden in de normenreeks ISO 19880. En natuurlijk heeft H2 ook zeer specifieke eigenschappen die van invloed zijn op de toepassingsspecifieke ontwikkeling van (meet)technologie.

Drie algemene uitdagingen van waterstof

Ongeacht de tankstationspecifieke vereisten, zijn de fysisch-chemische eigenschappen van H2 al significant Eisen aan de meettechniek. Dit zijn de volgende:

Omdat waterstof licht ontvlambaar is, zijn er vaak overeenkomstige eisen voor stationaire toepassingen explosieveiligheid van de gebruikte apparaten. Vanwege de kleine deeltjesgrootte dringt H2 door in materialen en vormt het een explosief mengsel in de lucht bij concentraties van slechts 4%. Om deze reden worden voor de procesaanpassing van de meetapparaten in de regel verbindingen met lasverbindingen of metalen afdichtingen gebruikt.

7 goede redenen voor waterstofaandrijving & brandstofcel

Omdat H2-moleculen extreem klein zijn, penetreren ze metalen structuren. Hier kan je materiële verbrossing en daarmee een veiligheidsrisico vormen.Daarom geven fabrikanten van meetapparatuur voor waterstoftoepassingen de voorkeur aan austenitische staalsoorten zoals 316L.
Waterstof schaadt bij sensoren de gewenste langetermijnstabiliteit van het meetsignaal. De hechting aan de weerstand en/of het binnendringen in gevoelige structuren van het elektronische meetapparaat kan leiden tot een signaaloffset of meetfout. Door het gebruik van scheidingslagen kan het binnendringen van waterstof worden voorkomen. Als materiaal hiervoor is bijvoorbeeld het scheikundige element goud geschikt.

Hoge drukken met een groot temperatuurbereik

Naast deze algemeen geldende eisen voor waterstoftoepassingen, stelt de installatie van apparaten in waterstoftankstations nog andere specifieke uitdagingen. De meettechniek en regeltechniek moeten hier voor zijn Drukken tot 900 bar ontworpen zijn voor temperaturen tussen -40° en +85 °C. Deze specificaties komen voort uit de bouw van een H2-tankstation en het tanken met waterstof zelf:

Zoals gezegd wordt de waterstof geleverd in tubetrailers onder een druk van momenteel 200 bar. Daarna comprimeren Compressoren de H2 in hogedruktanks tot bijna 900 bar. Dit gebeurt in verschillende fasen. Deze compressie is afgestemd op de tankdruk van de auto van 700 bar. De tankdruk van de vrachtwagen is momenteel nog 350 bar. In de toekomst moet dit worden verhoogd tot 700 bar bereik te vergroten. Tussen de sensoren van de pomp (dispenser) en de sensoren op de voertuigtank wordt data uitgewisseld, waarmee de benodigde druk- en debietwaarden geregeld kunnen worden.

Het tankproces moet ook zo tijdgeoptimaliseerd mogelijk zijn druk en temperatuur spelen een belangrijke rol: aan de ene kant geldt: hoe hoger het drukverschil tussen het voertuig en het tankstation, hoe sneller de waterstof stroomt. Hierbij mag de voorgeschreven druk van de voertuigtanks niet worden overschreden. Anderzijds speelt het temperatuurverloop langs de tankroute een rol, omdat de waterstof tijdens expansie opwarmt. Daarom wordt het gas eerst met een warmtewisselaar afgekoeld tot -40 °C om de 85 °C te behouden die voor de voertuigtanks is voorgeschreven. Hoe dichter de temperatuur bij de 85 °C komt, hoe meer het tankproces moet worden vertraagd en bijgestuurd door koeling.

Complexe instrumentatie bij waterstoftankstations

Gezien deze potentieel kritische criteria bij de tankstations, de vullende lijn De waterstoftankstations zijn complex geïnstrumenteerd met sensoren voor temperatuur, druk en debiet, evenals ontluchtings- en afsluiters. Vanwege de hoge drukken worden met name Coriolis-flowmeters gebruikt voor debietbewaking.

De meetpunten voor temperatuur en druk leveren een belangrijke bijdrage Bedrijfszekerheid bij. De thermometers moeten korte reactietijden hebben en drukvast zijn: het plaatsen van een beschermbuis is vanwege de noodzakelijke snelle reactie niet geschikt. De punt van de temperatuursensor moet bestand zijn tegen een onbeschermde druk tot 875 bar. Het moet echter zo compact zijn dat het de mediastroom zo min mogelijk beïnvloedt. Een aansluiting met een conische schroefdraadverbinding dicht het meetpunt betrouwbaar af.

Waterstof + brandstofcel: componenten voor energieopwekking

De Druksensoren voor waterstof tankstations hebben meestal een nominale druk van 1000 of 1050 bar. De waarde is het resultaat van de nominale tankdruk in het voertuig plus een temperatuurgerelateerde veiligheidsfactor. Voor een auto is dat 700 bar. De sensoren moeten ook bestand zijn tegen het voor HRS typische temperatuurbereik tussen -40 °C en +85 °C. Explosiebeveiliging en op sommige meetpunten zelfs SIL-certificering zijn vereist.

Conclusie en vooruitzichten voor waterstoftankstations

Met de aanleg van een landelijke tankstationinfrastructuur voor waterstofauto's gaan de fabrikanten van meettechniek open nieuwe perspectieven in het veelbelovende marktsegment H2 Mobility. Want daarvoor zijn een groot aantal steeds krachtiger wordende waterstoftankstations en elektrolysers nodig voor de klimaatneutrale productie van groene waterstof. Voor grote H2-tankstations met de juiste ruimte, zoals bij tankstations langs de snelweg, kan het zelfs rendabel zijn om zelf waterstof te produceren met groene stroom. Denkbaar is ook de aanleg van pure waterstofleidingen voor de directe aansluiting van tankstations op het toekomstige bevoorradingsnet.

IO-module beveiligt Resato-waterstoftankstations

De metrologische eisen aan de waterstofinfrastructuur kunnen doelgerichter worden vormgegeven als de huidige standaardisaties grotendeels zijn afgerond. De waterstofindustrie streeft ernaar de kosten van het bouwen en exploiteren van tankstations te verlagen door standaardisatie, efficiënte componenten en geoptimaliseerde processen, zodat het tanken met waterstof aantrekkelijk geprijsd wordt. Voor de fabrikant van de meettechniek leidt dit tot aanvullende eisen in de richting van verhoging van de efficiëntie.

Wika exposeert op de Hannover Messe 2023.