Vätgas ser mycket lovande ut som en pådrivare av den gröna energiomställningen, särskilt i industrisektorer där elektrifiering är utmanande. Anu Pulkkinen, Senior strategi- och affärsutvecklingschef på Vaisala, diskuterar det aktuella läget i vätgasekonomin och exakta mätningars nyckelroll som förutsättning för den gröna omställningen.

Vätgasekonomin hänvisar till användningen av vätgas för att fasa ut fossila bränslen i ekonomiska sektorer som är svåra att elektrifiera, exempelvis transport, sjöfart, flyg och tung industri. I likhet med andra alternativ till fossila bränslen kategoriseras vätgas enligt färg beroende på hur den produceras:

• Grön vätgas framställs genom elektrolys av vatten med förnybar el såsom vind- eller solkraftsproducerad.
• Blå vätgas framställs genom att indela fossil naturgas i väte och koldioxid, och sedan fånga upp och lagra eller använda den koldioxid som produceras.
• Grå vätgas, den vanligaste formen som produceras idag, skapas på samma sätt som blå vätgas utom att koldioxiden släpps ut i atmosfären istället för att fångas upp.

Både blå och grön vätgas kommer att bidra till att skala upp vätgasekonomin. 
 

Vätgas är en nyckelaktör i den globala energiomställningen

I och med att produktionstekniken utvecklas, och nya tillämpningsområden för vätgas upptäcks hela tiden, gör vätgasekonomin stora framsteg. Vätgas används redan i stor utsträckning som råvara eller bränsle i processer som oljeraffinering samt ammoniak- och metanolproduktion, och som reduktionsmedel i stålproduktion. Alla dessa är industrier där övergången till renare, grön vätgas har betydande potential för utsläppsminskningar.

Vätgas används också i bränsleceller för att driva elmotorer i bussar och lastbilar, och som energilagringsmedium och energikälla i elproduktion. Dessutom skulle vätgas- och vätgasbaserade bränslen kunna erbjuda potentiella lösningar med låga koldioxidutsläpp för sjöfart och flyg, där utfasning av fossila bränslen är särskilt utmanande. För fler insikter om framtiden för bränsleceller, se min presentation Fuelcell R&D – Future trends, drivers and applications.
 

Varför tillförlitlig mätning är viktig för vätgasekonomin

På Vaisala har vi en bred syn på utfasning av fossila bränslen som omfattar processoptimering, utnyttjande och lagring av koldioxidavskiljning (CCUS), elektrifiering och nya tekniker och förbättringar. Den noggranna mätningen av parametrar som fuktighet, koldioxid och metan är avgörande för att främja vätgasekonomin och påskynda den gröna energiomställningen.

Vaisalas instrument för att mäta dessa parametrar erbjuder stabil onlinemätning i realtid utan behov av manuell provtagning. De erbjuder också snabb svarstid och är exceptionellt enkla att installera och underhålla, med ett långt kalibreringsintervall och inga rörliga delar eller förbrukningsartiklar som behöver bytas ut.

Vaisalas mätprober kan skicka en likströmssignal (4–20 mA) och fältbuss (Modbus) till en anläggnings automationssystem utan att behöva installera någon extra program- eller maskinvara. Alla Vaisala-instrument har ett brett temperaturområde, och vi erbjuder även alternativ för robust väderbeständighet och Ex-certifiering för att möjliggöra installation i mycket utmanande, explosiva miljöer. Låt oss titta på några exempel på hur Vaisala-tekniken används i vätgasrelaterade tillämpningar.
 

Bränsleceller är beroende av tillförlitlig fuktighetsmätning

Väte används i ett brett spektrum av bränslecellstillämpningar, där fuktighetskontroll är avgörande på grund av bränslecellens protonutbytesmekanism. Inuti bränsleceller finns ett polymerelektrolytmembran (PEM) som leder protoner mellan anoden och katoden. Fuktigheten i reaktantgaserna – vätgas på anodsidan och luft på katodsidan – måste kontrolleras för att bevara membranets integritet.

När fuktigheten hålls på optimal nivå uppvisar PEM hög protonledningsförmåga och låg elektrisk resistans, men om det blir för torrt sjunker ledningsförmågan drastiskt, vilket kraftigt begränsar cellens uteffekt. Å andra sidan kan för hög fuktighet orsaka mekanisk skada på membranet, vilket leder till ökad elektrisk resistans och minskad spänning.

Vaisala-tekniken har stött utvecklingen av vätgasbränsleceller sedan starten i början av 1990-talet. Ledande aktörer inom fordons- och varvsindustrin använder Vaisalas HUMICAP®-teknik i sina bränslecellsutvecklingsprocesser. Vaisala fuktighetssensorer används också i stor utsträckning av VTT Technical Research Centre i Finland i vätgasrelaterade forskningsprojekt. VTT-experter forskar på bränslecellsteknik av både lågtemperatur- (PEM) och högtemperaturtyp (fast oxid), och Vaisalas instrument installeras före och efter bränslecellsstacken för att övervaka och reglera processgasens fuktighet. Vaisala-instrument används också för att mäta fuktighetsnivåerna i omgivande luft vid rening och produktion av vätgas. 

Lär dig mer om de instrument som utvecklats för förhållanden med hög fuktighet och delta vår webbseminarieserie från Fuel Cell Humidity Lab för att höra mer om fuktighetsfakta på vaisala.com/fuelcell.
 

Mätning av koldioxid och fuktighet i CCUS-tillämpningar

CCUS kommer att spela en viktig roll i den globala strävan efter koldioxidneutralitet. I sektorer där utsläppen av växthusgaser (GHG) är svåra att minska kan CCUS vara den enda vägen till utfasning av fossila bränslen. CCUS kommer också att behövas i energiintensiva industrier som fortfarande är beroende av fossila bränslen.

Kontinuerlig onlinemätning av koldioxidkoncentration i inkommande och utgående gasströmmar möjliggör prestandaövervakning och processoptimering i realtid i anläggningar där koldioxid fångas upp. Exakt koldioxid- och fuktighetsmätning är också avgörande när man forskar och utvecklar nya fångsttekniker eftersom de ger värdefulla insikter om processkinetik och prestanda.

Vaisala-tekniker används i koldioxidpunktavskiljning vid CopenHills avfallsenergianläggning i Amager, Danmark. Anläggningen omvandlar 560 000 ton avfall till el, värme och aska varje år. Dess koldioxidavskiljningsprocess är beroende av Vaisalas multigasprob MGP261 för att mäta fuktighet och koncentrationen av infångad CO2. Den infångade koldioxiden kan sedan tillsammans med vätgas användas till att producera grönt bränsle och kemikalier. Läs mer på vaisala.com/CCUS.
 

Mätning av koldioxid, metan och fuktighet i SOEC-tillämpningar

SOEC-samelektrolys används för att producera vätgas och metan från koldioxid, vatten och elektricitet. Även om tekniken fortfarande är på pilotanläggningsstadiet förväntas den ha stor betydelse i Japans övergång till 90 % förnybar gas år 2050.

Den koldioxid som används kan fångas upp från industriella utsläpp, direkt från atmosfären eller från processer som används för att uppgradera biogas till biometan. SOEC-processen använder vanligtvis förnybar energi och kräver inga ädelmetaller eller sällsynta jordartsmetaller, vilket minskar dess miljöpåverkan.

Noggrann koldioxidmätning i koldioxidavskiljningsprocesser bidrar till att maximera SOEC-processens effektivitet och minimera växthusgasutsläpp. Detta blir också allt viktigare inför allt strängare regler.

Vaisalas multigasprob MGP261 för metan, koldioxid och fuktighet används i SOEC-samelektrolysprocesser för att mäta råmaterial (koldioxid, fuktighet) och produkter (metan) i realtid för att öka effektiviteten och optimera processen. Läs mer om instrumentet på vaisala.com/MGP261.
 

Industriella mätningar är centrala i den gröna omställningen

Förnybar energi och produktion av ren energi är kärnan i all industriell utfasning av fossila bränslen och grön omställning, och den innovativa tekniken och processerna som möjliggör omställningen behöver tillförlitliga mätningar. Vaisala-tekniken bidrar till att påskynda utfasningen av fossila bränslen med betrodda instrument som erbjuder tillförlitliga och stabila realtidsmätningar av fuktighet, koldioxid och metan. Tillsammans kan vi främja vätgasekonomin och möjliggöra verklig hållbar förändring.