16 jun. 2022
0 minuten
Voor de opwekking van groene waterstof zijn power-to-gas centrales nodig: in deze centrales wordt met wind- en zonne-energie waterstof geproduceerd via elektrolyse uit elektriciteit en water. Power-to-gas centrales zijn al in bedrijf in Duitsland, maar ook in Scandinavië en andere Europese landen zoals Zwitserland, Oostenrijk, Frankrijk, Italië en Hongarije. Deze planten worden wereldwijd gebruikt in China, Canada en Argentinië, maar ook in andere landen.
Een veeleisend medium
Het proces is bijzonder uitdagend omdat elektrolyse niet alleen waterstof, maar ook zuurstof produceert. "Beide zijn veeleisende media, met verschillende eisen aan de bijbehorende afsluiters en hun materialen", zegt Hartmann Valves. Voor waterstofafsluiters die worden gebruikt in power-to-gas-installaties, zijn de vereisten vergelijkbaar met andere gastoepassingen.
Waterstofbrosheid voorkomen
De juiste materiaalkeuze is cruciaal, met name om bijvoorbeeld waterstofbrosheid te voorkomen. Ontwerptechnische maatregelen zijn ook belangrijk om op lange termijn de dichtheid van de kleppen tegen het kleinmoleculige waterstof te garanderen. Daarom biedt Hartmann Valves gasdichte kogelkranen met metalen zittingen met een lange levensduur, die desgewenst ook meerdere barrières in drukrichting hebben om de veiligheid in de installatie verder te vergroten. "Voor de veiligheid zijn materiaalgeschiktheidstesten en waterstofemissietesten essentieel. Deze bieden de exploitant van de fabriek de extra zekerheid om de werkelijke emissies te kunnen voorspellen met betrekking tot het waterstofmedium dat later zal worden gebruikt."
Waterstof kan worden opgeslagen in hermetisch afgesloten cavernes. Wellheads zijn hier nodig op het raakvlak tussen bovengrondse fabrieksfaciliteiten en ondergrondse opslag. Naast putkoppen worden kogelkranen gebruikt voor pijpleidingen en compressorstations.
Explosieve concentratie vermijden
Ook de Waldemar Pruss Armaturenfabrik richt zich volledig op waterstofkleppen. Een bijzonder risico voor hoogbelaste drukdragende onderdelen is ‘waterstofbrosheid’; een materiaalmoeheid veroorzaakt door het binnendringen van waterstof in het metalen rooster, wat leidt tot de vorming van scheuren. Het bedrijf benadrukt dat dit "een serieus te nemen risico" is. Waterstof is ook het chemische element met de laagste dichtheid en diffundeert relatief gemakkelijk door materialen. Pruss zegt dat "dit speciale oplossingen vereist voor as- en huisafdichtingen".
Pruss raadt bijzondere voorzichtigheid aan omdat waterstof zowel geur- als smaakloos is en, afhankelijk van de concentratie, explosief kan reageren met de omgevingslucht. "Bij het selecteren van materialen letten we dan ook heel goed op hun gebruiksgeschiktheid in termen van hardheidswaarden, explosieve decompressie en ductiliteit", verklaart het bedrijf.
Ronde afdichtingszittingen
Om absolute dichtheid mogelijk te maken, werkt müller quadax voor zijn ventielen met het 4-voudig excentrische constructieprincipe. De vlinderkleppen hebben een ronde afdichtingszitting met rondom een gelijkmatige wanddikte. "Het ontwerp verschilt aanzienlijk van de gebruikelijke drievoudige excentrische ontwerpen die een elliptische afdichtingszitting hebben", aldus het bedrijf. Materiaaluitzettingen hebben door hoge temperatuurschommelingen een homogeen effect op het gehele afdichtingsoppervlak "en zorgen zo voor een optimale afdichting". Bovendien is de Quadax H2-klep uitgerust met een speciale afdichtring van speciaal materiaal dat "zelfs bij deze extreem lage temperaturen perfect functioneert".
Veiligheidskleppen voor waterstoftankstations
Goetze KG levert hogedrukveiligheidsventielen voor elektrolyserfabrikanten en veiligheidsventielen voor waterstoftankstations – want naast het energienet en de industrie ligt de focus ook op mobiliteit. Goetze ziet een toenemende internationale vraag naar waterstoftechnologie en levert veiligheidskleppen tot 1000 bar aan Chinese en Spaanse fabrieksfabrikanten. China legt hier al bijzondere nadruk op en vorig jaar werd in Peking het grootste waterstoftankstation ter wereld gebouwd. "Acht waterstofpompen staan klaar om dagelijks tot 600 voertuigen te tanken", meldt Goetze. Dit is mogelijk dankzij het grote volume tot vijf ton productiecapaciteit, ingebed in een waterstofpark van 200.000 vierkante meter.
Technische uitdagingen
De technische eisen aan waterstoftankstations zijn hoger dan aan conventionele. Herose: "Op deze stations wordt het gas opgeslagen in lagedrukopslagtanks van ongeveer 20 bar. In autobrandstoftanks moet de waterstof echter aanzienlijk meer worden gecomprimeerd vanwege de benodigde energiedichtheid. Compressoren comprimeren het gas eerst tot 1000 bar en slaan het vervolgens tijdelijk op in hogedruktanks. Om te voorkomen dat het gas tijdens het tanken te heet wordt, gaat het door een voorkoeler." Het tankproces wordt elektronisch geregeld en de druk in de tank wordt geregeld op 700 bar. "Als de druk onverwachts daalt, gaat de veiligheidsklep open en laat de overdruk ongehinderd ontsnappen naar de atmosfeer." Omdat waterstof dertien keer lichter is dan lucht, ontsnapt het naar boven en is niet gevaarlijk. Voor de overgang van tankstationopslagtanks naar autobrandstoftanks zijn kleppen met de hoogste veiligheidsnormen vereist.
En hoe zou het gebruik van waterstof er in de toekomst uit kunnen zien? Fraunhofer IFF vindt ‘systematisch geïntegreerde waterstofproductie’ een waardevol concept. Niet alleen de waterstof die bij elektrolyse wordt geproduceerd, zou worden gebruikt, maar ook zuurstof; dat wil zeggen voor lasprocessen of voor ozonisatie van rioolwaterzuiveringsinstallaties. "Problematische microverontreinigingen zoals farmaceutica, pesticiden of cosmetica kunnen uit afvalwater worden verwijderd door ozon toe te voegen", aldus Fraunhofer IFF. Een andere mogelijke toepassing is in de landbouw, waar de zuurstof zou kunnen worden gebruikt voor de ontzwaveling van biogasinstallaties.
Anderen lazen ook
