Wasserstoff - Energieträger zur Zielerreichung der Dekarbonisierung
Wie kann die Qualität und die Einhaltung von Vorschriften entlang der Wasserstoff-Wertschöpfungskette sichergestellt werden?
Auf dem Weg zu einer Netto-Null-Wirtschaft entwickelt sich Wasserstoff zu einem vielversprechenden Energieträger zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen in der Öl- und Gasindustrie. Wasserstoff stellt bei Transport, Lagerung und Nutzung eine Herausforderung dar, daher ist eine Beratung durch Experten zur Erzielung genauer und zuverlässiger Messungen unerlässlich. Unser Portfolio ermöglicht einen sicheren Betrieb mit optimaler Leistung und gewährleistet gleichzeitig die Einhaltung von Vorschriften und Umweltbestimmungen durch Rückverfolgbarkeit und Dokumentation.
Schlüsselfaktoren
80 Milliarden US-Dollar
durchschnittliche jährliche Investitionen in die H2-Infrastruktur sollen weltweiten bis 2050 verzehnfacht werden (IEA)
Das Wasserstoff-Ökosystem
Wasserstoff ermöglicht die Dekarbonisierung, die Integration erneuerbarer Energien und eine emissionsfreie Mobilität. Seine Sauberkeit und sektorübergreifende Anwendbarkeit bieten einen ganzheitlichen Ansatz für saubere Energie. Die weltweite Nachfrage kommt von Raffinerien, der Ammoniakproduktion und anderen Industrien. Zu den Quellen der Wasserstoffproduktion gehören fossile Brennstoffe, industrielle Prozesse, Biomasse und erneuerbare Energien. Je nach Energiequelle wird er als grau, blau oder grün eingestuft und über Pipelines, Lastwagen oder Schiffe in gasförmiger oder flüssiger Form (LH2) transportiert.
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Wasserstoff wird über Pipelines, Schienen, Straßen oder Schiffe transportiert, um als Einsatzstoff in der Petrochemie zu dienen. Darüber hinaus wird er in industriellen Wärme- und Stromanwendungen verwendet oder in das Erdgasnetz eingespeist.
Einhaltung der Wasserstoffqualität am Ausgang eines Elektrolyseurs
Grüner Wasserstoff kann in Elektrolyseanlagen hergestellt werden, die mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar- oder Windkraftanlagen betrieben werden. Er stellt eine Möglichkeit dar, große Energiemengen zu speichern, die bei Bedarf abgerufen werden können. Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Wasserstoff muss je nach Transportart und Endverwendung hohe Qualitätsstandards erfüllen, insbesondere in Brennstoffzellen (ISO 14687:2019).
Unsere Kompetenz im Feld
Optische Analysegeräte für die Messung von Feuchtigkeit (H2O) und Sauerstoff (O2) bieten aufgrund ihrer inhärenten Robustheit und Zuverlässigkeit einen wartungsfreien Betrieb. Die Gasanalysemessgeräte von Endress+Hauser bieten folgende Vorteile:
- Sehr schnelle Reaktionszeiten bei der Identifizierung von Prozessverunreinigungen.
- Keine beweglichen Teile, keine Elektrolyte und eine langlebige Optik ermöglichen einen extrem geringen Wartungsaufwand.
- Eine sehr zuverlässige Konstruktion mit Halbleiter-Sensorelementen ermöglicht eine extrem lange Betriebszeit.
- Einfach zu installieren und in Betrieb zu nehmen sowie mit Heartbeat Technology für einen wartungsfreien Betrieb über Jahre hinweg.
Wasserstoffeinspeisung in das Erdgasnetz
Je nachdem, wie die Rohrleitungen beschaffen sind, kann Wasserstoff über die vorhandene Erdgasinfrastruktur transportiert werden. Jede zusätzliche Menge Wasserstoff, die in ein Erdgasnetz oder eine Erdgasleitung eingespeist wird, reduziert eine gewisse Methanmenge und damit CO₂. Der prozentuale Anteil des Wasserstoffs kann je nach den geltenden Bestimmungen zwischen 10 und 20 % liegen. Eine genaue Messung von Durchfluss und Gaszusammensetzung ist entscheidend, um sowohl das Mengenverhältnis als auch die Qualität der Mischungen zu gewährleisten.
Unsere Kompetenz im Feld
Mit den Coriolis-Durchflussmessgeräten von Endress+Hauser ist es einfach, den Masse-Durchfluss von Wasserstoff ins Erdgasnetz zu messen und entsprechend zu steuern. Um das endgültige Gasmischungsverhältnis zu bestimmen, steht die Raman-Spektroskopie zur Verfügung. Neben dem Wasserstoffanteil kann ein Raman-Analysator auch viele der üblicherweise gemessenen Erdgaskomponenten zuverlässig verarbeiten.
- Zuverlässige Messung der Gaszusammensetzung mit der Raman-Spektroskopie: Mit einer Verfügbarkeit von bis zu vier Kanälen und Glasfaserlängen von bis zu 150 m kann ein Raman-Analysator auch nach der Einspeisung den Wasserstoffanteil über eine lange Rohrleitung überwachen.
- Inline-Messung für erhöhte Bedienersicherheit und schnelle Reaktionszeiten: Die Sonde befindet sich entfernt vom Analysegerät, sodass keine Probe zum Analysegerät transportiert werden muss.
- Coriolis-Durchflussmessgeräte sind in der Lage, multivariable Messungen in Gasströmen durchzuführen, einschließlich Massendurchfluss, Dichte,
Temperatur und korrigiertem Volumendurchfluss.
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Messung der Wasserqualität für die Produktion von grünem Wasserstoff
Für den Elektrolyseprozess wird hochreines Wasser benötigt. Für die Herstellung von 1 kg Wasserstoff werden 9 kg Reinstwasser verwendet, das entspricht etwa 30 kg Meerwasser. Wasser, das nicht den Qualitätsanforderungen entspricht, könnte den reibungslosen Betrieb des Elektrolyseurs beeinträchtigen und damit die Betriebskosten erhöhen. Die Leitfähigkeit ist der wichtigste Qualitätsparameter. Sie ist im Allgemeinen auf <1 μS/cm für alkalische Elektrolyseure und <0,1 μS/cm für PEM-Elektrolyseure begrenzt.
Unsere Kompetenz im Feld
Angesichts der Frischwasserknappheit in Teilen der Welt ist Meerwasser eine wichtige Quelle. Es sind jedoch verschiedene Aufbereitungsschritte erforderlich, um die erforderliche Wasserreinheit für den Betrieb eines Elektrolyseurs zu erreichen. Die Qualität des Speisewassers, das der Umkehrosmose-Membran zugeführt wird, muss genau überwacht werden, um die Effizienz zu kontrollieren, die Reinigung oder Regeneration auszulösen und eine angemessene Wasserqualität zu gewährleisten. Endress+Hauser bietet ein breites Spektrum an Sensoren und Analysatoren an, um diese Prozesse zu überwachen.
- Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität machen die Mehrkanal-Transmitterplattform perfekt für Installationen mit mehreren Memosens 2.0 Qualitätssensoren.
- Bei der alkalischen Elektrolyse wird der pH-Wert zur Aufrechterhaltung der ätzenden Elektrolytlösung verwendet. Die hochmoderne Memosens 2.0 Technologie gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb und eine lange Betriebszeit.
- Bei Wasserstoffanlagen im industriellen Maßstab wird auch die genaue Überwachung der organischen Verunreinigung (TOC) oder von Verunreinigungen wie Silikat und Natrium im Speisewasser für den Elektrolyseur immer wichtiger.
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LOHC – ein einfacher Weg zur Verteilung und Speicherung von Wasserstoff
Flüssige organische Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHC) sind organische Verbindungen, die durch chemische Reaktionen Wasserstoff aufnehmen und abgeben können. LOHC-Systeme gelten als praktikable Verfahren zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff über große Entfernungen unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktur.
Unsere Kompetenz im Feld
Sowohl bei der Hydrierungs- (exotherm) als auch bei der Dehydrierungsreaktion (endotherm) treten hohe Temperaturen auf. Mehrere zentrale Messpunkte sind für die Überwachung und Kontrolle der Reaktion unerlässlich. Endress+Hauser unterstützt Sie dabei, Prozesseffizienz, Sicherheit und Produktqualität zu gewährleisten:
- Breites Portfolio an Produkten, Dienstleistungen und Lösungen
- Coriolis-, thermische und Vortex-Durchflussmessgeräte mit Online- und In-situ-Verifizierung zur Optimierung der Hydrierprozesse
- Genaue Füllstandsmessung in Lagertanks
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Servo-Tankstandmessgerät für Flüssigwasserstoff
Die Speicherung von Wasserstoff in flüssiger Form ist ein kryogener Prozess, der aufgrund der extremen Temperatur von -253 °C des Verdampfungsgases und des Dampfdrucks Herausforderungen für die Bestandsmessung mit sich bringt. Um einen sicheren Betrieb des Tanks und eine genaue Bestandserfassung zu gewährleisten, sind zuverlässige Füllstandsanzeigen und unabhängige Alarmanzeigen für Überfüllung unerlässlich.
Unsere Kompetenz im Feld
Die Servo-Tankstandmessgeräte von Endress+Hauser ermöglichen eine berührende Methode zur exakten Messung des Flüssigkeitsstands. Diese Messmethode und Messtechnologie wird durch Dampfdruck und Temperatur nicht beeinflusst und ermöglicht damit eine sichere, zuverlässige und genaue Füllstands- und Dichtemessung von flüssigem Wasserstoff.
- Erhöhte Sicherheit durch zuverlässige und genaue Füllstands- und Dichtemessung von flüssigem Wasserstoff
- Regelmäßige Überprüfung ohne Unterbrechung des Betriebs
- Sicherer und hochpräziser Tankbetrieb
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Methandampfreformierung und blauer Wasserstoff
Die Methandampfreformierung ist das am häufigsten verwendete Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff in Raffinerien. Zu den Herausforderungen des Verfahrens gehören hohe Temperaturen, das Vorhandensein eines Katalysators und die Notwendigkeit, den Prozess mit minimalen Variabilitäten zu steuern. Die Produktion von blauem Wasserstoff beinhaltet die Dampfreformierung mit Kohlenstoffabscheidung in der Prozesskette.
Unsere Kompetenz im Feld
Das Portfolio von Endress+Hauser unterstützt Sie bei der Optimierung der Effizienz Ihres Reformierungsprozesses und der Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Die Raman-Spektroskopie bietet mehrere wichtige Vorteile zur Verbesserung der Effizienz des Dampfreformierungsprozesses und zur Verringerung der Emissionen:
- Gleichzeitige Messung des einströmenden Erdgases und des Synthesegases, einschließlich H2, zur Optimierung der Dampfreformierung.
- Messung an der Probenentnahmestelle, wodurch beheizte Probentransferleitungen entfallen.
- Wegfall der bei herkömmlichen Verfahren verwendeten Trägergase.
- Beseitigung von abgefackeltem Gas durch zerstörungsfreie Analyse bei hohem Druck, sodass gemessenes Gas in den Prozess zurückgeführt werden kann.
Wie wir Sie unterstützen
Es ist entscheidend, dass in der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette von der Produktion bis zum Endverbrauch äußerst zuverlässige Messinstrumente eingesetzt werden. Um faire Transaktionen und Abrechnungen zu gewährleisten, müssen Coriolis-Messgeräte die Menge des übertragenen Wasserstoffs genau messen. Zur Einhaltung von Qualitätsstandards spielt auch die Messung der Wasserstoffqualität eine entscheidende Rolle. Endress+Hauser bietet optimal angepasste Messtechnik und Lösungen für Wasserstoffproduktions- und Verflüssigungsanlagen.
- Breites Portfolio: Leistungsstarke Messgeräte von einem einzigen Lieferanten
- Wir sind einzigartig in der genauen und zuverlässigen Messung von Qualität, Menge und Zusammensetzung
- Modernste Kommunikationsprotokolle für alle Messpunkte sorgen für eine nahtlose Systemintegration
- Einfache Installation und Inbetriebnahme: Die Zustandsüberwachung mit Heartbeat Technology von Endress+Hauser ermöglicht einen wartungsfreien Betrieb
- Die Daten sind geprüft, eichfähig und sicher