Vätgas – en teknik med stor potentialNär det gäller vätgas är det högt tryck på experterna
Vi har en lång väg framför oss innan vi har hittat svar på alla frågor som har med vätgas att göra. Detta beror på att produktion, försörjning och användning av vätgas fortfarande innebär stora utmaningar för företag. Men en sak är säker: vätgas och alternativa energikällor i mobila och industriella lösningar har en enorm potential. Potential för en miljövänlig och emissionsfri framtid i hushåll, industrier och transport.
Men ämnet vätgas blir snabbt komplicerat. Det är därför det är bra att ha en expert vid din sida som kan erbjuda innovativa metoder till lösningar samtidigt som de medför testade och beprövade produkter och decenniers industrikunskap. Det spelar ingen roll om det handlar om en ny utveckling eller serieproduktion – HYDAC hjälper dig att implementera ditt projekt framgångsrikt. Tala om för oss vilka krav du har.
Elektrolys & vätgasproduktion
Vätgas är en av de mest lovande alternativa energikällorna för att ersätta fosila bränslen i industrin och infrastrukturen på väg till en koldioxidfri framtid. Vätgas kan tillverkas i olika processer. Den mest hållbara metoden är vattenelektrolys med elektricitet från förnybara energier. I den här processen bryts två vattenmolekyler (2H2O) ned till två vätgasmolekyler (2H2) och en syremolekyl (O2) med hjälp av elektrisk energi.
Oberoende av tekniken som används (AEL, AEM, PEM, SOEC), har vi möjlighet att hjälpa dig med vätgasproduktionen med vårt ständigt växande produktutbud. Vi erbjuder redan nu ett brett utbud med produkter för att göra elektrolyser mer effektiva, ekonomiska och säkra.
Vårt produktsortiment
Termiska vätskesystem
Lita på våra avvägda kraftverkslösningar för avancerade termiska vätskesystem. Vårt produktutbud omfattar luftkylningssystem t. ex för vätskeflöden (avjoniserat vatten, vattenhaltig KOH) och kompressorkylsystem för kondenstorkning (gaskylare) för filtrering av partiklar i gaser och vätskor. Vi är din kontakt när det gäller aerosolseparering, vätskehantering och gaskompression. Vi erbjuder dessutom ett stort utbud produkter för avvägda kraftverkslösningar för elektrolys inklusive utvalda ventiler och sensorer (tryck, temperatur, konduktivitet, nivågivare, nivåbrytare).
Vätgas / gastorkning
Vätgas med hög renhet krävs till vissa tillämpningar. Men rågasprodukten vätgas är ofta nedsmutsad med orenheter från vatten och syret efter produktionen. DIN EN 17124 specifierar att dessa orenheter måste vara lägre än 5 ppm. Med vår innovativa vätgastorkning kan vi uppnå högre vätgaskvaliteter än standardkraven om det behövs.
Separatoroptimering / fasseparering
Vätgasproduktion innebär många utmaningar - samma gäller för gas-vätskeseparering. Konventionella separatortankar är stora och har ingen aktiv separering av blandningen. Med HYDAC-lösningen kan separatortankar minskas in så mycket som möjligt och effektiviteten på hela systemet är maximal tack vare en aktiv avgasningsenhet. Vi undersöker dessutom gärna dina separatorer avseende eventuell optimering av monteringsplatsen - kontakta oss!
Hydraulisk stackklämning
Gängade stänger eller hydraulcylindrar? Många elektrolystillverkare använder gängade stänger eller tallriksfjädrar för att klämma fast sina stackar. Jämfört med dessa metoder möjliggör hydraulisk stackklämning en optimal, jämn kraftfördelning på stycken under drift. Detta motverkar läckage mellan bipolära plattor, förenklar underhållsarbetet och ökar livslängden. Vi hjälper dig med aktiv stackförspänning i stackdrift och statisk stackklämning under stackmontering.
Vätgastankstationer
När det används som en alternativ energikälla gör vätgas en emissionsfri drift möjlig. Förutom att den förser kraftbränsleceller till fordon med energi producerar reaktionen mellan vätgas och syre endast ren vattenånga, ofarlig för människor och miljön.
Den här tekniken blir allt viktigare i hela världen vilket leder till en konstant utbyggnad av infrastrukturen för vätetankstationer. Den konstanta utvecklingen av vätsketankning när det gäller tillgänglighet, energieffektivitet och kostnader spelar en stor roll. HYDAC kan redan hjälpa dig med ett stort utbud av produkter - men nya utvecklingar och innovationer är redan på gång. Tveka inte att kontakta oss.
Vårt produktsortiment
Särskild nedsmutsning, vätgaskvalitet & gasrenhet
Nedsmutsning med partiklar eller farliga gaser spelar ingen roll - vätgas kräver en hög renhetsstandard. Partikelnedmutsning kan leda till systemfel både på insidan av vätgastankstationen och bränslecellfordonet. Som en långvarig expert är det gäller teknisk renhet har vi utvecklat PSA-H70, en produkt för provtagning i tankstationer och utvärdering av partikelbelastningen. Resultatet: vi kan redan erbjuda dig ett komplett utbud för gasfiltrering i tankstationer med lågt tryck till högt tryck (upp till 1050 bar) - lämpliga både för partikel- och vätskeseparering.
Farliga gaser kan leda till fel på bränslecellstacken (känt som katalysatorgift). Världsunik: HYDAC utvecklar just nu en gaskvalitetssensor som konstant mäter gassammansättningen inne i lagerbanker vid påfyllningsstationer.
Vätgaskylning
För att kyla kompressorsystem tillhandahåller vi effektiva kylsystem och värmeväxlare anpassade till dina behov. Vi tillverkar skräddarsydda lösningar för återkylning av komprimerad gas i vätgastankstationer. Takkonstruktion, V-form eller direkt integrerad i tanken – utnyttja vår expertkunskap och optimera kylningen på din tankstation.
Med den kontinuerliga utökningen av vårt produktutbud kommer vi snart kunna erbjuda produkter för kryogen förkylning av tankprocesser i enlighet med SAE J2601.
Sensorer / tryckgivare
Återfyllningsprocessen vid vätgastankstationer är tryckreglerad. Detta innebär att det krävs pålitliga och säkra sensorer. HYDAC tillhandahåller ett komplett utbud med vätgassensorer för tillämpningar med lågt tryck och högt tryck (16-1050 bar). Våra sensorer är speciellt utvecklade för vätgastillämpningar - särskilda mätceller tillverkade av rostfritt stål med en hög nickelhalt skyddar mot vätgasförsprödning.
En nyhet i vårt utbud är vår SIL 2 certifierade sensor som kan användas i dispensrar ("pumpar"), bland annat. Lär dig mer om fördelarna med når nya lösning i ett personligt rådgivningsmöte.
Drivningsteknik för kompressorer (kompressorsystem)
Målet med många operatörer för vätgaskompressorer är en felsäker, energieffektiv och resursbevarande drift. De innovativa hydrauliska drivenheterna från HYDAC gör det möjligt. Vi kontrollerar om konventionella eller varvtalsreglerade system är lämpliga för din tillämpning och vilka system som har bäst möjligheter till besparingar. För att öka systemtillgängligheten kan vi utrusta dina system med kontinuerlig tillståndsövervakning av hydraulvätskan. Oljeanalyser kan även utföras i HYDAC Fluid Care Center och inte bara via fjärråtkomst.
Bränslecellsystem och vätgasmotorer i mobila & industriella lösningar
Som framtidens teknik har bränsleceller en stor potential i mobila och industriella lösningar. Vätgasdrivna tåg är inte bara en önskedröm längre. De är verklighet. Utvecklingen av emissionsfria fordon när det gäller privat transport, tung transport, byggmaskiner, jordbruksmaskiner, fartyg och nätenergiförsörjning drivs framåt även den. Avancerad teknik krävs för att driva bränslecellsystem på ett funktionellt säkert och energieffektivt sätt. Många års industrierfarenhet och en hög innovationsnivå gör att vi redan kan erbjuda ett stort produktsortiment som vi utökar konstant.
Vårt produktsortiment
Sensor- & ventilteknik
Bränsleceller med anslutning till högtryckstanksystem drivs med höga flödeshastigheter och temperatursvankningar. HYDAC har utvecklad ett brett utbud med ventilteknik för att reglera meterialflödet säkert och exakt i högtrycksdelar på vätgastankar och lågtrycksdelar på bränsleceller. Våra högtryckssensorer har även hjälpt till att övervaka tryck och drivsystemsäkert i över ett decennium. Se efter själv.
Luftkvalitet & vätekvalitet
Bränsleceller reagerar kritiskt på små partiklar och skadliga gasre som tränger in i bränslesystemet under produktionen eller kommer in i bränslecellstacken vid drift. För att skydda bränslecellen från de här faktorerna och öka livslängden krävs det flera filter i bränslecellsystemet. För att skydda luftsidan och vätgassidan från den här kontamineringen har vi ett brett utbud med filterteknik och separatorteknik.
Termiska system
Till skillnad från mobila och industriella tillämpningar med förbränningsmotorer försvinner ingen termisk energi bort i avgasflödet i bränslecellsystem. Det mesta av det försvinner i kylvattnet. Detta gör att man behöver en högre kyleffekt vid bränslecelltillämpningar. Koplexiteten på kylningen och värmeledningssystemet ökas på grund av flera extra elektriska förbrukare så som elmotorer, omvandlare och även batterisystem. Med innovativa lösningar hjälper dig HYDAC vid utvecklingen och inbyggnaden av komplex kylning och värmeledningssystem.
Styrteknik
För att driva bränslecellsystem och tanksystem på ett funktionellt sätt krävs det att man har full översikt över de aktuella flödena, materialflödena och informationsflödena. Med denna översikt och vår möjlighet hatt utveckla komplexa mjukvarusystem kan HYDAC erbjuda skräddarsydda styrsystem. För att underlätta integrationen av elektriska system använder vi våra egna extremt kraftfulla styrningar och funktionssäkra mjukvarusystem samt HYDAC funktionsmoduler som är beprövade under många år.
FAQ
Vad är en elektrolys och hur fungerar det?
Generellt sett är elektrolys en enhet för separering, nedbrytning och transformering av material eller molekyler (redoxreaktion) med hjälp av elektrisk energi. I en vattenelektrolys, omvandlas vattenmolekyler (H2O) till vätemolekyler (H2) och syremolekyler (O2).
Den faktiska reaktionen äger rum i elmekaniska celler vid en spänning på ungefär 1,4 V. Av praktiska skäl är en del av dessa celler (elektrisk seriekoppling) staplade i stackar. All utrustning runtomkring de elmekaniska cellerna finns under beteckningen "Kompletterande utrustning".
Vad menas med kompletterande utrustning?
Kompletterande utrustning är ett uttryck som används vid anslutning av energiteknik. Det syftar på alla stödjande komponenter och extrasystem som krävs till konverteringen av energi - med undantag för generatorn och transformatorn själva.
För elektrolyser inkluderar detta energihantering (transformatorer, inverter, effektreglage etc.), vätske- och gashantering (vattenkonditionering, separering av vätska och gasfaser, gastorkning, gaskomprimering) och termisk hantering (kylsystem för effektelektronik, stack- och kondenstorkning).
Vad är en bränslecell och hur fungerar den?
En bränslecell består av två elektroder – anoden (vätesidan) och katoden (luftsidan). Båda elektroderna separeras av en elektrolys. I PEM-bränslecellen är detta ett semipermeabelt membran som endast är permeabelt till protoner.
Väteen matas till anoden. Den delas sedan upp i protoner och elektroner med hjälp av en katalysator (vanligen platin). Protonerna flyttas sedan genom membranet till katoden. Elektronerna flödar till katoden via en elektrisk förbrukare och elektrisk energi tillförs. Vid katoden blandas protoner och elektroder med syre från omgivningsluften för att forma vatten.
Vad betyder begreppet "elmekanisk cell"?
Begreppet "elmekanisk cell" är ett samlingsbegrepp för olika typer av celler så som elektrolysceller, ackumulatorceller, battericeller eller galvaniska celler. Dessa celltyper kan ibland vara reversibla, så som ackumulatorceller. Dessa kan laddas och urladdas - detta innebär att de kan konvertera elektrisk energi till kemisk energi och frige den igen som elektrisk energi. Utöver detta kan vissa typer av elektrolysceller drivas som bränsleceller. Detta innebär att konverteringen av väte och syre till vatten friger elektrisk energi och värme.
Elektrolysceller och bränsleceller består av bipolära plattor, elektroder och beroende på vilken teknisk som används, gasdiffusionsskikt och membran. Om "proton- / anionutbytesmembran" (PEM / AEM) används, är dessa ofta direkt anslutna till elektroderna och syftar på "membranutbytesmontering" (MEA).
Vad betyder begreppet "membranelektrodmontering" (MEA)?
Membranelektrodmonteringen kan interpreteras på flera olika sätt. I vissa fall menas endast membranet med katalysatorskikt på (ena sidan för katodreaktionen; på andra sidan för anodreaktionen). Men ofta inkluderas gasdiffusionsskikten eftersom de också måste vara elektriskt konduktiva.
Beroende på tekniken, består membranen av olika polymer eller keramik, vilka selektivt kan transportera protoner, anjoner (t. ex. väteajoner = OH) eller syre. Gasdiffusionsskikten transporterar gaserna som produceras (elektrolys) och används i vissa gaser (bränsleceller) så homogent som möjligt mot reaktionssidorna (katalysatorskikt). Dessa gaser leds ut eller in i elmekaniska celler via kanaler till de bipolära plattorna.
Vad är en bipolär platta tillverkad av?
Bipolära plattor som har monterats i en multicell eller stackkonfiguration är framförallt ansvarig för fysisk och elektrisk anslutning av elanslutningar av anoden från en cell med katoden till cellen bredvid. Bipolära plattor i bränsleceller ser även till att leda reaktionsgaser till reaktionszonen. I detta syfte krossas eller pressas flödesprofiler (flödesfält) in till plattorna på båda sidorna där väte flödar på ena sidan och luft tillförs på andra sidan.
En bipolär platta består av de två polerna på en enda bränslecell: den vätetransporterande anodplattan (negativ (-) pol) och katodplattan (positiv (+) pol) för matning av reaktionsluften. Plattorna reglerar dessutom borttagningen av vattenånga och utsläppet av termisk och elektrisk energi. I elektrolysceller används de huvudsakligen till att kyla elektrolyser, tillföra reaktionsgaser till anodsidan och ta bort bätgas och gaser som produceras vid reaktionen.
Vad är en "stack"?
I elektrolys- och bränslecellteknik är en stack en stack med seriekopplade elmekaniska celler samt komponenter som hölje/ram/klämmor. Seriekopplingen möjliggör en ökning av försörjningsspänningen och minskar spänningen med samma strömförbrukning i enlighet med P=U*I. Oberoende av detta förenklar även seriekopplingen i en stack hela designen på systemet.
Vad är ett trycktanksystem?
Gasformig väte kan även lagras i en tan efter komprimering vid högt tryck. För transport har exempelvis en trycknivå på 350 bar för arbetsfordon och 700 bar för bilar etablerats. Vid 700 bar är tätheten ungefär 40 kg/m³ (24 kg/m³ vid 350 bar). Högtrycksackumulatorer är en billig lösning för små utrymmen och används därför huvudsakligen i mobila tillämpningar så som bilar och arbetsfordon.
Det finns för tillfället fyra olika typer av tryckkärl på marknaden:
- Typ 1: Tryckkärlet består endast av metall (oftast stål). Nominellt tryck ligger inom 200 bar.
- Typ 2: Förutom metallväggarna har tryckkärlen ett överdrag av hartsimpregnerat glas eller karbonfiber med ett nominellt tryck upp till 1000 bar.
- Typ 3: Tankarna har en insats av metall (oftast aluminium) och ett överdrag av karbonfiber runt hela tanken. Nominella tryck är vanligtvis 350 eller 700 bar.
- Typ 4: Ackumulatorer har en insats av plast (oftast polyamid eller polyeten) och överdraget är oftast gjort av karbonfiber, som på typ 3 kärlen. Nominella tryck är vanligtvis 350, 500 eller 700 bar.
Vilka är fördelarna och nackdelarna med flytande vätgas?
Jämfört med lagring av vätgas har flytande väte fördelar som bränsle med tanke på tätheten (71 kg/m³). Trycket i tanken kan hållas lågt. Detta har en positiv effekt på tanksystemet med tanke på lagringstankens vikt och platsbehov, kostnader (särskilt för stora lagervolymer) och säkerhet.
Produktionskostnaderna för kryogen väte (-253 °C) är dock inte obetydlig. Väten hettas öven upp om den inte hålls kyld hela tiden. Detta leder till att trycket i tanken ökar. Detta kan leda till bortkokning. Med andra ord att vätgas släpps ut i omgivningen.
Vilka typer av vätgasdrivna motorer finns det?
En vätedriven motor är en gasmotor som drivs på vätgas istället för flytande bränsle (så som diesel och bensin). Det finns helt vätedrivna motorer som drivs med ren väte. Det finns även hybrida vätedrivna motorer som drivs av en blandning av väte och andra gaser (så som metan- och naturgas).
En vätedriven motor är tänkt som ett alternativ till bränslecell eftersom befintliga förbränningsmotorer kan konverteras relativt enkelt. Hursomhelst visar studier att kostnadsförmånen minskar betydligt med ombyggnaden av bränslecell. Vätedrivna motorer kämpar med en lägre effektivitet, högre underhållskrav och stämpeln att de inte är helt 100% koldioxidneutrala.
Hur fungerar en elektriskt fordon med bränslecell?
"Elektriska fordon med bränslecell“ (FCEV) drivs främsta av en elektrisk motor precis som ett "batteridrivet elfordon" (BEV).
Till skillnad från BEV, tillförs den elektriska energin som krävs inte från ett stort batteri (känt som drivbatteri). Istället blir det tillgängligt genom konvertering av kemisk energi från den alternativa energikällan till elektrisk energi - möjliggörs av bränslecellen.
För tillfället är inte bränsleceller tillverkade för sådana snabba och långvariga belastningsförändringar som förbränningsmotorer är. Av den här anledningen är ett (litet) drivningsbatteri monterat som matas när belastningen är låg och tillför extra energi när belastningen är hög. Detta tillåter bränslecellen att drivas vid en relativt låg belastning när FCEV drivs.
Hur effektiva är bränslecellkraftverk?
Bränslecellkraftverk (FCPP), kombinerat med värme och kraft (CHP) och bränslecellkombinerade värme- och krafftverk (FC-CHPPP) imponerar med sin höga effektivitetsnivå. Beroende av vilken bränslecellteknik som används ligger den elektriska effektiviteten aktuellt på runt 30-60 %. Den totala effektiviteten kan ligga över 95% eftersom elektricitet och värme genereras direkt från den elmekaniska reaktionen utan några ytterligare konverteringssteg.
Bränslecellkraftverk har hittills utvecklats främst inom kraftintervall mellan 10 kw till 3 MW. Under de senaste åren har utvecklingen inom låga kraftintervall gått mot mikro- och nanobränsleceller som kombinerade värme- och kraftverk med 0,3-1,5 kW elektrisk effekt och 0,6-2,0 kW termisk effekt för fristående hus och parhus. I de övre effektområdet har kraftverk med runt 80 MW redan uppnåtts och detta ska utökas ytterligare under de kommande åren med hjälp av modulär konstruktion.
Vad betyder “kraft-till-X”?
Power-to-X (även kallat PtX eller P2X) syftar på användningen av elektriska överskott från olika förnybara energier för att passa alla typer av tekniker. Dessa överskott kan exempelvis lagras direkt i batterier (kraft-till-kraft), konverteras till värme (kraft-till-kraft) eller användas för att producera kemiska energikällor (kraft-till-gas, kraft-till-vätska).
Om överskottselen används för att producera kemiska energikällor, görs ofta ytterligare differensiering (t. ex. kraft-till-väte, kraft-till-syngas, kraft-till-ammoniak, kraft-till-bränsle).
Varför spelar ammoniak en viktig roll när det gäller vätgasförbrukningen?
Ammoniak (NH3) är en kemisk förening av kväve och väte, som förekommer i gasform och normalt tillstånd. Sedan Justus Liebig utvecklade av kvävegödsel (runt 1840) har det varit ett av de viktigaste grundkemikalierna. Men det var inte förrän Haber-Bosch process användes i industriell skala på BASF i Ludwigshafen runt 1913 som en betydlig ökning i den dagliga produktionen var möjlig. Idag är ammoniak en av de mest producerade kemikalierna (146,5 miljoner ton 2021, 80 % av den till dynga) och som bas till produktionen av alla andra kväveföreningar.
Med hänsyn till utvecklingen av hållbar väteförbrukning är en ytterligare ökning av den årliga ammoniakproduktionen att förvänta. Anledningen: det är mer passande för transport och lagring än ren väte.
Med tanke på den rätt höga kokpunkten på -33 °C är det mycket enklare och billigare att göra ammoniak flytande jämfört med väte (kokpunkt -252 °C). Det högre volymenergivärdet är på ammoniak jämfört med väte (3,2 kWh/l jämfört med 2,8 kWh/l) är också relevant, särskilt för transportlogistik.
Våra framgångsberättelser relaterade till vätgas och alternativa energikällor
Världens ledande teknik för mätning av partiklar i vätgassystem
HYDAC – din expert och partner för teknisk renhet. Partiklar kan orsaka blivande skador på känsliga komponenter.
Läs kunders framgångshistoriaBränslecellmoduler behöver flexibla bandklammerlösningar.
Vilka krav ställs på en optimal bandklammer för bränsleceller?
Läs mer