Strumenti di misura specializzati per le stazioni di H2- Blog WIKA

I veicoli alimentati a idrogeno sono promettenti per ridurre le emissioni di gas serra, poiché il rifornimento richiede solo pochi minuti invece di diverse ore e inoltre il carburante è pulito. Per trasformare questa visione in realtà, il mondo ha bisogno di un maggior numero di stazioni di rifornimento di H₂, che si affidano a sensori, manometri e valvole compatibili con l’idrogeno per operazioni sicure e affidabili.

Il mercato della mobilità a idrogeno è attualmente nelle sue fasi iniziali, ma tutti i segnali indicano un futuro in cui i veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno (FCEV) condivideranno la strada con i veicoli elettrici a batteria (BEV) e un giorno sostituiranno il motore a combustione. I Paesi sviluppati di tutto il mondo hanno iniziato a costruire le infrastrutture necessarie per produrre, immagazzinare e trasportare l’idrogeno, nonché per immetterlo nelle automobili, flotte di camion e nei macchinari mobili.

Il rifornimento di idrogeno è in ritardo rispetto alla ricarica elettrica… per ora

A livello giobale la sfida è rappresentata dalla scarsità di stazioni di rifornimento di idrogeno, sebbene il numero sia in costante aumento. La Cina è attualmente il leader mondiale con 250 stazioni di rifornimento di idrogeno, seguita da Giappone, Corea del Sud e Germania.

I legislatori americani stanno lavorando per aumentare il sostegno alle tecnologie dell’idrogeno come mezzo per ridurre le emissioni. Nel marzo 2023, i senatori Chris Coons (D-Delaware) e John Cornyn (R-Texas) hanno presentato un pacchetto di quattro proposte di legge per sostenere l’adozione dell’idrogeno nei porti di navigazione, nell’industria, negli autotrasporti e nelle infrastrutture e innovazioni a idrogeno.

Anche il settore privato ha investito nell’H₂. L’azienda californiana FirstElement Fuel è impegnata a creare True Zero, una vasta rete di stazioni di rifornimento di idrogeno in California per veicoli leggeri, medi e pesanti. PowerTap, con sede a Vancouver, cerca di fare lo stesso. Ma invece di trasportare l’idrogeno da un impianto di produzione lontano, PowerTap produce il carburante in loco. Un’altra innovazione è il rifornimento di idrogeno portatile, come la stazione che Chart Industries – produttore leader a livello mondiale di apparecchiature altamente ingegnerizzate per molteplici applicazioni nei mercati dell’energia pulita e del gas industriale – ha inaugurato nel settembre 2023 utilizzando le pompe di idrogeno di ANGI Energy Systems. La presenza di stazioni di rifornimento di idrogeno mobili consente ai proprietari di flotte di investire in FCEV senza dover fare affidamento su postazioni fisse.

Come funzionano le stazioni di rifornimento di idrogeno

Come funziona una stazione di rifornimento di idrogeno (cliccare per ingrandire)

Che si tratti di pompe di rifornimento fisse o mobili, il principio delle stazioni di rifornimento di idrogeno è lo stesso.

Dopo che l’idrogeno liquefatto o compresso viene trasportato (o il gas viene prodotto tramite elettrolisi dell’acqua in loco), entra in una bombola o in un serbatoio di stoccaggio a bassa pressione, con un range che va da 20 bar (290 psi) a 500 bar (7.250 psi).
In preparazione al riempimento, i compressori riducono ulteriormente il volume dell’idrogeno per lo stoccaggio a media o alta pressione, un processo che aumenta la pressione fino a 900 bar (13.050 psi).
A causa della compressione e dell’effetto Joule-Thomson, il gas si riscalda. Per garantire che l’idrogeno non diventi troppo caldo quando viene erogato, un sistema di raffreddamento porta la temperatura del carburante a -40°C (-40°F) prima che raggiunga l’ugello della pompa.
Il serbatoio dell’FCEV viene riempito a 350 o 700 bar (5.075 o 10.150 psi), un processo che richiede circa lo stesso tempo del riempimento di un serbatoio di benzina. Una volta nel serbatoio del veicolo, l’idrogeno si trova a una confortevole temperatura di 30°C (86°F).

Strumenti di misura e idrogeno: sfide e soluzioni

Permeazione e infragilimento dell’idrogeno

Le tecnologie di misura per l’economia dell’idrogeno devono superare alcuni ostacoli, la maggior parte dei quali ha a che fare con le proprietà uniche dell’elemento.

Permeazione e infragilimento dell’idrogeno
Essendo l’elemento più piccolo, gli ioni di idrogeno possono diffondersi facilmente nella maggior parte dei materiali. La permeazione dell’idrogeno porta all’infragilimento del materiale. Le alte temperature e le pressioni accelerano la permeazione e l’infragilimento.

Soluzione: assicurarsi che le parti bagnate dello strumento siano realizzate con materiali compatibili con l’idrogeno. Diverse leghe hanno una disposizione delle celle estremamente stretta che resiste alla permeazione. Tra queste vi sono il 316L (acciaio inossidabile 316 a basso contenuto di carbonio), il 316Ti (versione stabilizzata al titanio del 316), il 2.4711 Elgiloy^® (una “superlega” di rame, cromo, nichel e molibdeno) e altri acciai austenitici.

Perdita di contenimento
Le perdite comportano la perdita di prodotto e, nel peggiore dei casi, esplosioni. Pertanto, non solo il materiale dello strumento deve essere compatibile con l’idrogeno, ma anche le guarnizioni, le saldature e i giunti.

Soluzione: scegliere strumenti con un adattamento saldato dei componenti bagnati. Le guarnizioni polimeriche vanno bene per la maggior parte degli altri gas e liquidi, ma sono troppo porose per le applicazioni con l’idrogeno.

Sfalsamento del segnale
La permeazione dell’idrogeno può causare modifiche strutturali all’elemento del sensore, con conseguente deriva del segnale che influisce sull’affidabilità e sulla precisione a lungo termine dello strumento. Poiché le stazioni di rifornimento di idrogeno richiedono la stabilità del segnale sia per la sicurezza che per l’efficienza, solo i sensori realizzati con leghe resistenti all’idrogeno garantiscono un funzionamento senza problemi e una lunga durata.

Soluzione: per una maggiore resistenza alla permeazione dell’idrogeno, l’acciaio austenitico o la lega speciale possono essere rivestiti con una barriera metallica. L’oro è il materiale più comunemente richiesto per la placcatura, poiché è efficace contro la permeazione anche ad alte temperature.

Per ulteriori informazioni sull’idrogeno e le sue applicazioni visita la sezione dedicata sul sito web WIKA o contattaci, i nostri esperti saranno felici di aiutarti.