Wasserstoff spielt eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von erneuerbarer Energie. Instrumente zur Gasmessung und -analyse(Wasserstoffgasanalysator, Drucksensor für Wasserstoff, Durchflussmesser für Wasserstoff, Temperaturfühler) ermöglichen es, den Herstellungsprozess zu verbessern, Kosten zu senken und die Lebensdauer von Prozessen zur Wasserstoffherstellung, Wasserstoffspeicherung und -transport, Wasserstoffstationen und Brennstoffzellen zu verlängern.
Die Messgeräte von Fuji Electric wurden entwickelt, um die entscheidenden Herausforderungen der Wasserstoffindustrie in jeder Phase der Produktion effizient zu bewältigen.
Wir adressieren diese Herausforderungen folgendermaßen:
Bei Fuji Electric rüsten wir Sie aus, um die Herausforderungen von heute zu meistern und den Weg in eine grünere und nachhaltigere Zukunft zu ebnen.
Nachhaltige Produktion
Einhaltung der geltenden Normen
Sicherheit der Verfahren
Senkung der Produktionskosten
Wasserstoff wird oft als die Energie der Zukunft bezeichnet und verspricht, unseren Ansatz zur Erzeugung und Nutzung sauberer Energie zu revolutionieren. Er zeichnet sich durch seine Sauberkeit, seine Energieeffizienz und seine Speicherfähigkeit aus. Darüber hinaus wird sie auch für ihre Vielseitigkeit und die damit verbundenen technischen Herausforderungen geschätzt.
Wasserstoff, der oft als Energieträger der Zukunft bezeichnet wird, ist je nach Produktionsverfahren und Umweltauswirkungen in einer ganzen Farbpalette erhältlich. Jeder Typ wird durch eine Farbe klassifiziert, die Auskunft über die Vor- und Nachteile gibt, die mit seinem Produktionsverfahren verbunden sind.
Schwarzer und brauner Wasserstoff werden durch die Vergasung von Steinkohle bzw. Braunkohle gewonnen. Diese Methoden verursachen einen hohen Ausstoß an CO2 und anderen Treibhausgasen und stellen eine große Herausforderung für den ökologischen Wandel dar.
Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Solar- oder Windkraft hergestellt. Er stellt die nachhaltigste und sauberste Option dar. Der Prozess der Herstellung von grünem Wasserstoff bleibt aufgrund der Kosten für erneuerbare Energien und die Elektrolysetechnologie teuer.
Rosafarbener Wasserstoff (manchmal auch als roter oder violetter Wasserstoff bezeichnet), der dem grünen Wasserstoff ähnelt, wird durch Elektrolyse, aber speziell ausKernenergie erzeugt. Obwohl sein CO2-Fußabdruck gering ist, wirft er Bedenken hinsichtlich der nuklearen Sicherheit und der Behandlung radioaktiver Abfälle auf.
Blauer Wasserstoff wird aus Kohlenwasserstoffen wie Erdgas hergestellt, wobei zur Minimierung der Emissionen ein CCS-Verfahren (Carbon Capture and Storage) eingesetzt wird. Er ist sauberer als schwarzer oder brauner Wasserstoff, ist aber immer noch von fossilen Brennstoffen abhängig und erfordert eine effiziente CCS-Infrastruktur.
Weißer Wasserstoff bezieht sich auf geothermisch erzeugten Wasserstoff, der direkt aus natürlichen Quellen gewonnen wird. Seine Verfügbarkeit ist jedoch auf geothermisch aktive Regionen beschränkt.
Türkisfarbener Wasserstoff wird durch die Pyrolyse von Methan gewonnen, die als sauberere Methode gilt, da sie festen Kohlenstoff anstelle von CO2 erzeugt. Dennoch befindet sich diese Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium.
Gelber Wasserstoff wird manchmal als Bezeichnung für Wasserstoff verwendet, der durch Elektrolyse unter Verwendung von Strom aus einem Mix aus erneuerbaren und fossilen Quellen hergestellt wird, was ihn hinsichtlich der CO2-Bilanz irgendwo zwischen grün und grau einordnet.
Grauer Wasserstoff wird aus Erdgas durch Dampfreformierung ohne Abscheidung des emittierten CO2 hergestellt, was ihn zu einer bedeutenden Quelle von Treibhausgasemissionen macht.
Seit dem 17. Februar 2021 genießt der Wasserstoffsektor in Frankreich dank einer im Energie- und Klimagesetz verankerten Verordnung eine feste rechtliche Anerkennung im Energiegesetzbuch. Dieser innovative Rechtsrahmen bietet einen erneuerten Ansatz zur Klassifizierung von Wasserstoff, weg von den alten farbigen Kategorien hin zu einer Klassifizierung, die auf den ökologischen Attributen von Wasserstoff beruht.
Daher konzentriert sich die Bewertung von Wasserstoff nun auf seine Umweltauswirkungen, wobei die Art seiner ursprünglichen Energiequelle und die Menge der CO2-Emissionen, die bei seiner Herstellung entstehen, im Vordergrund stehen.
Erneuerbarer Wasserstoff umfasst in der Regel grünen und manchmal auch rosafarbenen Wasserstoff, sofern die Kernenergie als erneuerbar gilt.
Wasserstoff mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder dekarbonisierter Wasserstoff umfasst Wasserstoffarten, bei deren Herstellung weniger CO2 entsteht als bei herkömmlichen Methoden, insbesondere blauer Wasserstoff und manchmal auch türkisfarbener Wasserstoff. In der Richtlinie über den Gas- und Wasserstoffmarkt wird der Schwellenwert für die Definition von kohlenstoffarmem Wasserstoff auf 3,38 kgCO2eq/kgH2 festgelegt.
Kohlenstoffhaltiger Wasserstoff ist ein Begriff, der verwendet wird, um Formen von Wasserstoff zu beschreiben, die mit einem großen Kohlenstoff-Fußabdruck hergestellt werden, wie etwa schwarzer oder brauner Wasserstoff.
Jede Art von Wasserstoff bietet einen Kompromiss zwischen Kosten, Zugänglichkeit und Umweltauswirkungen und spiegelt die Komplexität des Übergangs zu einer Wasserstoffwirtschaft und die Notwendigkeit ständiger Innovationen wider, um eine nachhaltige und wirtschaftlich tragfähige Produktion zu erreichen.
Eigenschaften :
Bei der Herstellung von Wasserstoff durch Dampfreformierung werden Kohlenwasserstoff und Wasserdampf in Gegenwart eines Katalysators erhitzt. H2 oder ein Gemisch aus CO und H2 wird gewonnen. Als Ausgangsmaterial werden leichte Kohlenwasserstoffe wie Methan, Erdgas, LPG und Naphtha verwendet. Diese Materialien müssen vor der Verwendung entschwefelt werden.
Diese Methode zur Dampfreformierung von Methan beinhaltet eine Reihe chemischer Reaktionen, bei denen ein Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf reagiert, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen.
In diesem Zusammenhang spielt jedes Messinstrument eine spezifische Rolle, um eine effiziente und sichere Produktion zu gewährleisten.
Die Druckmessung ist von größter Bedeutung, um den Druck in den Reaktoren zu kontrollieren und optimale Bedingungen für chemische Reaktionen und die allgemeine Prozesssicherheit zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die Temperaturmessung unerlässlich; Es ermöglicht die Überwachung und Regelung der Temperatur im Reaktor, da die Reformierung hohe Temperaturen erfordert, um effektiv zu sein, was sich direkt auf die Leistung und Langlebigkeit der Ausrüstung auswirkt.
Die Durchflussmessung spielt eine unverzichtbare Rolle, indem sie die Zufuhr von Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen in den Reaktor reguliert und so die Aufrechterhaltung der notwendigen chemischen Reaktionen und eine kontinuierliche Wasserstoffproduktion sicherstellt. DieGasanalyse dient auch dazu, die Zusammensetzung des erzeugten Gases zu untersuchen, die effektive Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Wasserstoff zu überprüfen und Verunreinigungen oder Nebenprodukte wie Kohlenmonoxid zu erkennen, die die Qualität des Gases beeinträchtigen könnten.
Die Füllstandsmessung wird zwar seltener eingesetzt, dient aber dazu, das Volumen von Flüssigkeiten wie Wasser und Kohlenwasserstoffen vor ihrer Verarbeitung zu kontrollieren und so eine genaue Verwaltung der für den Prozess benötigten Rohstoffe zu gewährleisten.
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Der Wasserstoff-Elektrolyseur ist der neueste Stand der Technik. Er nutzt die elektrische Energie, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu trennen. Bei den Herstellern von Wasserstoff-Elektrolyseuren unterscheidet man verschiedene Technologien: Alkalische Wasserelektrolyse (AWE), Elektrolyse mit Protonenaustauschmembranen (PEM), Festoxidelektrolyse (SOEC), Wasserstoff-Elektrolyseur mit Anionenaustauschmembranen (AEM).
Die Gewährleistung der maximalen Effizienz und Sicherheit dieses Prozesses zur Herstellung von grünem Wasserstoff durch Wasserelektrolyse hängt stark von präzisen Messinstrumenten und Kontrollsystemen ab.
Drucksensoren sind unerlässlich, um den Innendruck des Wasserstoff-Elektrolyseurs innerhalb sicherer Betriebsgrenzen zu halten und so gefährliche Überdruck-Szenarien zu verhindern. Ebenso wichtig ist die Rolle der Temperaturmesstechnik, die Echtzeitdaten liefert, um den thermischen Zustand des Wasserstoff-Elektrolyseurs zu überwachen, eine Variable, die die Effizienz und Langlebigkeit des Prozesses maßgeblich beeinflusst.
Wasserstoff-Durchflussmesser bieten eine genaue Quantifizierung des Wirkungsgrads von Wasserstoff-Elektrolyseuren, sodass die Betreiber die Produktionsraten überwachen und Anpassungen zur Leistungsoptimierung vornehmen können.
Schließlich spielt dieAnalyse der Wasserstoffzusammensetzung eine wesentliche Rolle bei der Gewährleistung der Reinheit des erzeugten Wasserstoffs. Dieser Analyseprozess stellt sicher, dass der erzeugte Wasserstoff die hohen Qualitätsstandards erfüllt, die für verschiedene Anwendungen erforderlich sind, und identifiziert gleichzeitig alle unerwünschten Verunreinigungen oder Nebenprodukte, die bei der Elektrolyse entstehen könnten.
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Die Produktion von Wasserstoff als Nebenprodukt in verschiedenen Industriezweigen, insbesondere bei der Herstellung von Stahl und Natronlauge, stellt einzigartige Herausforderungen an die Erfassung, Reinigung und effiziente Nutzung dieses wertvollen Gases. Hier erfahren Sie, wie präzise Messgeräte zur Kontrolle und Optimierung dieser Prozesse beitragen.
In der Metallurgie, insbesondere bei der Stahlherstellung, wird bei der Reduktion von Eisenoxiden unter Verwendung alternativer Reduktionsmethoden häufig Wasserstoff freigesetzt. Der Wasserstoffdrucksensor in diesem Zusammenhang hilft bei der Überwachung und Steuerung der Reaktionsumgebungen, in denen der Wasserstoff entsteht, und sorgt so für sichere und optimale Arbeitsbedingungen bei der Metallreduktion. Die Temperaturmessung ist ebenfalls kritisch, da sie sicherstellt, dass Öfen und andere Geräte die für eine effektive Metallreduktion erforderlichen Temperaturen erreichen und aufrechterhalten, während sie gleichzeitig die Wasserstofferzeugung steuern.
In der Natronlauge-Industrie wird Wasserstoff als Nebenprodukt der Elektrolyse von Sole im Chloralkali-Verfahren hergestellt. Die Druckmessung ist bei der Überwachung von Elektrolysezellen unerlässlich, wo Druckschwankungen die Effizienz der Elektrolyse und die Sicherheit des Prozesses beeinflussen können. Die Temperatursensoren werden zur Regulierung der Zelltemperaturen eingesetzt und optimieren so die elektrolytischen Reaktionen und die Menge des erzeugten Wasserstoffs. Die Durchflussmessung kontrolliert den Durchfluss von Sole und chemischen Lösungen und sorgt so für eine stabile Versorgung und eine kontinuierliche Produktion.
In beiden Fällen werden die Gasanalysatoren sind entscheidend für die Bestimmung der Reinheit des gewonnenen Wasserstoffs. Dieser Schritt ist entscheidend für die Entscheidung, ob der Wasserstoff direkt in anderen industriellen Prozessen verwendet werden kann oder ob er weiter gereinigt werden muss. Beispielsweise kann das Vorhandensein von Verunreinigungen wie Kohlenmonoxid den Einsatz von Reinigungstechnologien wie der Druckwechseladsorption (PSA) erforderlich machen, bevor der Wasserstoff sicher verwendet werden kann.
Schließlich wird die Messung des Füllstands in Wasserstoffspeichertanks hilft bei der Verwaltung der verfügbaren Bestände und bei der Planung der Produktion oder des Verkaufs von überschüssigem Wasserstoff. Dies ermöglicht nicht nur ein effizientes Ressourcenmanagement, sondern auch die strategische Integration von Wasserstoff in die gesamten industriellen Aktivitäten des Unternehmens.
Daher ist die Integration dieser Maßnahmen in industrielle Prozesse nicht nur eine Frage der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, sondern ein wesentliches Element, um die Effizienz zu steigern, die Ausbeute des produzierten Wasserstoffs zu maximieren und die Nachhaltigkeitsverpflichtungen der beteiligten Industrien zu stärken.
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Die Kohlevergasung ist eine ausgeklügelte Methode zur Erzeugung von Wasserstoff, bei der Kohle in ein wasserstoffreiches Gasgemisch, das sogenannte Synthesegas, umgewandelt wird.
Der in einen Ofen eingespeiste Kohlenstoff reagiert mit dem O2 in der Luft zu CO2 und/oder CO oder reagiert mit Wasserdampf zu CO und H2.
Das entstandene CO geht durch die Reaktion mit Wasserdampf in CO und H2 über und wird aufgelöst. CO + H2O CO2 + H2. Dieser Prozess, der in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und unter Druck stattfindet, erfordert den Einsatz fortschrittlicher Messtechnik, um einen effizienten und sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Drucksensoren sind für die genaue Steuerung der Betriebsbedingungen im Vergaser unerlässlich, wo ein stabiler Druck für die chemische Reaktion von grundlegender Bedeutung ist.
Die Temperaturmessung spielt eine kritische Rolle, da sie die hohen Temperaturen, die für die Vergasungsreaktion notwendig sind, überwacht und reguliert.
Der Durchflussmesser sorgt für eine strenge Kontrolle der eingespritzten Sauerstoff- und Wasserdampfmengen - Schlüsselelemente für eine optimale Syngasproduktion.
Darüber hinaus wird die Gasanalyse genutzt, um die Zusammensetzung des Syngas zu untersuchen und die Prozessparameter in Echtzeit anzupassen, wodurch die Maximierung der Wasserstoffproduktion bei gleichzeitiger Minimierung von Verunreinigungen gewährleistet wird. Schließlich hilft die Füllstandsmessung bei der Verwaltung der Lagertanks für Input und Endprodukte, wodurch eine kontinuierliche und effiziente Versorgung des Systems gewährleistet wird.
Zusammen ermöglichen diese Messinstrumente eine genaue und effiziente Steuerung der Kohlevergasung und machen den Prozess zu einem lebenswichtigen Bestandteil der modernen Wasserstoffindustrie.
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Eigenschaften :
Die Herstellung von Wasserstoff durch thermochemische Umwandlung, Thermolyse von Biomasse und Photolyse sind innovative Methoden, die verschiedene Energiequellen nutzen, um Wassermoleküle oder andere organische Verbindungen in Wasserstoff zu zerlegen. Jede dieser Techniken erfordert spezielle Messinstrumente, um die Erträge zu optimieren und die Sicherheit der Prozesse zu gewährleisten.
Für die thermochemische Umwandlung und Thermolyse von Biomasse, bei der hohe Temperaturen verwendet werden, um Biomasse in Wasserstoff und andere Gase zu zerlegen, ist die Temperaturmessung von entscheidender Bedeutung. Es ermöglicht eine präzise Überwachung der Reaktionsbedingungen, die für eine maximale Effizienz unerlässlich sind.
Die Druckregelung ist ebenfalls wichtig, um eine kontrollierte Umgebung aufrechtzuerhalten und so die Reaktion und die Sicherheit zu optimieren.
Gasanalysatoren spielen eine entscheidende Rolle, um die produzierten Gase zu charakterisieren und die Reaktionsparameter entsprechend anzupassen, wodurch die Reinheit des produzierten Wasserstoffs gewährleistet und unerwünschte Nebenprodukte reduziert werden.
Bei der Photolyse, bei der Wasser mithilfe von Licht, insbesondere Sonnenlicht, in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, wird die Durchflussmessung zur Steuerung der Wasserzufuhr und der Gasfreisetzung eingesetzt, wodurch ein kontinuierlicher und effizienter Betrieb des Systems gewährleistet wird.
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Der Verpackungsschritt und der Transport per LKW sind entscheidend für eine reibungslose und sichere Wasserstoffversorgungskette.
Druckmessgeräte spielen eine lebenswichtige Rolle bei der Überwachung des Drucks während der Komprimierung von Wasserstoff und seiner Aufrechterhaltung in den Lagertanks oder Flaschen während des Transports. Dadurch werden die Risiken vermieden, die mit einem Druckanstieg verbunden sind und die Integrität der Behälter gefährden könnten.
Die Temperaturüberwachung ist wichtig, um sicherzustellen, dass der Wasserstoff keinen Temperaturschwankungen unterliegt, die bei der Lagerung und beim Transport zu einem gefährlichen Druckanstieg führen könnten.
Was die Durchflussmessung betrifft, so ist sie unerlässlich, um die Rate, mit der Wasserstoff in die Speicher geladen oder aus ihnen entladen wird, genau zu quantifizieren, was eine optimierte Verwaltung und eine genaue Abrechnung ermöglicht.
DieGasanalyse ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung: Sie stellt sicher, dass der Wasserstoff während seines gesamten Transports frei von Verunreinigungen bleibt und bewahrt so seine Reinheit für die Endnutzung.
Schließlich wird die Füllstandsmessung verwendet, um das Wasserstoffvolumen in den Lagertanks während des Transports genau zu bestimmen, was eine klare Kenntnis der zirkulierenden Mengen gewährleistet und hilft, Überladungen oder Produktmangel zu verhindern.
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Wasserstoffverteilungsstationen positionieren sich als neuralgische Punkte, die die Verbindung zwischen den Wasserstoffproduzenten und den Endverbrauchern herstellen. Die Genauigkeit und Sicherheit in diesen Stationen wird durch spezielle Messinstrumente gewährleistet, die die Verteilung orchestrieren.
Die Druckkontrolle ist grundlegend für die sichere Verteilung des Wasserstoffs an Fahrzeuge oder Container und sorgt dafür, dass der Druck während des Betankens innerhalb der Sicherheitsparameter bleibt.
Die Temperaturmessung gewinnt an Bedeutung, um die Temperatur des Wasserstoffs und der Stationsumgebung zu überwachen - zwei Faktoren, die sich auf die Sicherheit und Effizienz der Abgabe auswirken. Eine sorgfältige Überwachung hilft, Druckschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen zu vermeiden.
Durchflussmessgeräte sorgen für eine genaue Messung der abgegebenen Wasserstoffmenge, was sowohl für die Verwaltung der Lagerbestände als auch für die korrekte Abrechnung mit den Verbrauchern wichtig ist.
DieAnalyse der Gaszusammensetzung dient dazu, die Reinheit des Wasserstoffs beim Verkauf zu bestätigen, ein Qualitätskriterium, das die Energieeffizienz von Wasserstofffahrzeugen bestimmen kann.
Schließlich sind Füllstandssonden unerlässlich, um die Menge des für die Abgabe verfügbaren Wasserstoffs zu überwachen und so die Reserven der Station effizient zu verwalten, um kontinuierlich auf die Nachfrage reagieren zu können. Zusammen bilden diese Maßnahmen die technologische Grundlage, die den zuverlässigen und sicheren Betrieb von Wasserstofftankstellen als Schlüsselelement der Energieinfrastruktur der Zukunft ermöglicht.
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Stationäre Brennstoffzellen zur Energieerzeugung (Stationary PACs) nutzen Wasserstoff, um sauber und effizient Strom zu erzeugen. Sie sind mit verschiedenen wichtigen Messinstrumenten ausgestattet, um ihren Betrieb zu optimieren und ihre Sicherheit zu gewährleisten.
Druckmessgeräte überwachen den Druck des Wasserstoffs, der den Zellen zugeführt wird, und stellen so sicher, dass das Gas in den für die elektrochemische Reaktion optimalen Mengen abgegeben wird. Temperatursensoren sind ebenfalls unverzichtbar, da sie die Temperatur innerhalb der Brennstoffzellen überwachen und so eine Überhitzung verhindern, die zu Schäden an den Komponenten führen und die Effizienz des Systems verringern könnte.
Durchflusssensoren sorgen für eine genaue Steuerung des Wasserstoff- und Sauerstoffflusses, der in die Batterien gelangt, was für die Aufrechterhaltung eines angemessenen Gleichgewichts zwischen den Reaktanten und die Maximierung der Energieproduktion von entscheidender Bedeutung ist.
Gasanalysatoren werden eingesetzt, um die Qualität des Wasserstoffs zu überwachen und Verunreinigungen zu erkennen, die die Leistung oder die Lebensdauer der Zellen beeinträchtigen könnten. Schließlich werden häufig Füllstandssensoren eingebaut, um den Füllstand des gespeicherten Wasserstoffs zu überwachen und so eine kontinuierliche Versorgung ohne Betriebsunterbrechung zu gewährleisten.
Diese Messinstrumente sind daher für den sicheren und effizienten Betrieb von Stationary PACs von entscheidender Bedeutung, da sie eine Echtzeitüberwachung und eine schnelle Reaktion auf Änderungen der Betriebsbedingungen ermöglichen. Ihr Einsatz stellt sicher, dass diese Systeme eine zuverlässige und nachhaltige Energiequelle liefern können und gleichzeitig die Umweltziele der Emissionsreduzierung und der Förderung erneuerbarer Energien unterstützen.
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Erfahren Sie, wie Fuji Electric mit seinen auf der Hyvolution 2025 vorgestellten wasserstoffbasierten Innovationen die Zukunft der Energieversorgung umgestaltet.
09. Juni 2024
