Tutti i tipi di compressori per idrogeno, da quelli a pistoni a quelli centrifughi (turbo), necessitano di strumenti per pressione e temperatura compatibili con l’idrogeno, con omologazioni per utilizzo in aree pericolose e altre caratteristiche di sicurezza.
Sempre più industrie e consumatori si stanno allontanando dai combustibili fossili per ridurre l’impronta di carbonio. L’idrogeno sta guadagnando sempre più terreno sia come carburante per i trasporti sia come materia prima per la creazione di fertilizzanti e prodotti importanti, soprattutto quando l’H2 è prodotto con energia rinnovabile (idrogeno verde).
Essendo l’elemento più leggero conosciuto, l’idrogeno occupa una quantità spropositata di spazio a pressione e temperatura ambiente. Pertanto, deve essere fortemente compresso – in alcuni casi fino a 1.000 bar (14.500 psi) – per ridurne il volume in modo da poterlo immagazzinare, trasportare e utilizzare in modo efficiente nelle stazioni di rifornimento di idrogeno, negli impianti chimici e in altre applicazioni. Inutile dire che i compressori per idrogeno sono una parte essenziale della catena del valore dell’H2 e dello sforzo per decarbonizzare le economie globali.
Tipologie di compressori per idrogeno
Esistono diversi tipi di compressori di gas. Ogni versione presenta vantaggi e svantaggi e scegliere quale utilizzare dipende dal particolare gas, dallo spazio disponibile per l’installazione, dal rapporto di compressione e dalla portata desiderati, ecc.
Le tipologie di compressori più comunemente utilizzati per comprimere l’idrogeno sono:
- Compressore a pistone: è un tipo di compressore alternativo/lineare che utilizza un movimento avanti e indietro per spingere la barra idraulica e il pistone al fine di ridurre il volume occupato dal gas. I vantaggi di un compressore a pistone includono un ingombro relativamente ridotto e un elevato rapporto di compressione.
- Compressore a membrana: è un altro tipo di compressore alternativo/lineare. Tuttavia, anziché essere il pistone stesso a spostare il gas, lo stelo spinge contro un disco flessibile. Questa membrana separa efficacemente l’olio idraulico del meccanismo dal gas compresso. Per una maggiore sicurezza e purezza, un compressore per idrogeno a membrana utilizza in genere membrane metalliche in tre punti: lato olio, intermedio e lato gas.
- Compressore ionico: questo tipo di compressore alternativo/lineare utilizza una colonna di fluido ionico anziché un sistema meccanico per muovere il pistone. Poiché non ci sono alberi a gomito, aste idrauliche, cuscinetti o guarnizioni, i compressori ionici subiscono meno guasti rispetto alla maggior parte degli altri tipi di compressori a idrogeno. Il fluido ionico protegge inoltre le parti metalliche dalla permeazione e dall’infragilimento dell’idrogeno.
- Compressore centrifugo: questo compressore a turbina riduce il volume di un gas utilizzando una girante che ruota a velocità molto elevate. Chiamato anche turbocompressore, il vantaggio è un’elevata produttività con un’unica fase, a condizione che la velocità di rotazione sia sufficientemente elevata e la girante sufficientemente grande. Un possibile svantaggio è l’ingombro elevato.
I compressori sono azionati da un’unità di potenza idraulica o da un motore elettrico e possono richiedere due o più fasi per ridurre sufficientemente il volume dell’idrogeno gassoso per lo stoccaggio e il trasporto. La pressione iniziale di ingresso è compresa tra 20 e 200 bar, mentre la pressione finale di uscita è di 700 bar o più.
La tecnologia di compressione dell’idrogeno non si limita ai compressori meccanici. Esiste anche la liquefazione criogenica: il raffreddamento dell’idrogeno al di sotto del suo punto di ebollizione di -253°C, 20,28 K (-423°F). I metodi sperimentali includono lo stoccaggio allo stato solido e i vettori di idrogeno organico liquido (LOHC).
Compressione dell’idrogeno: un argomento caldo
Essendo la molecola meno densa, è necessaria un’enorme quantità di energia per comprimere l’idrogeno alle alte pressioni richieste. Questo processo aumenta notevolmente la temperatura del gas e genera un notevole calore. Per questo motivo i sistemi meccanici di compressione dell’idrogeno sono dotati di sistemi di refrigerazione, con l’idrogeno altamente pressurizzato che passa attraverso uno scambiatore di calore per raffreddarlo a circa -40°C (-40°F), rendendo il gas più sicuro da lavorare e da immagazzinare.
Nei sistemi di compressione dell’idrogeno con alberi a gomito, bielle e altre parti meccaniche, anche il cuscinetto del compressore si riscalda e la sua temperatura deve essere monitorata. Se la meccanica è azionata da un’unità di potenza idraulica, sono necessari sensori industriali per monitorare e controllare la pressione, la temperatura e i livelli del fluido dell’unità.
Strumenti di misura per compressori di idrogeno
Una serie di manometri, trasmettitori di pressione e sensori di temperatura di processo consente ai compressori per idrogeno di operare in modo sicuro ed efficiente. WIKA presenta una gamma completa di soluzioni di misura di alta qualità, compresi molti prodotti con omologazione per utilizzo in aree pericolose, per i produttori di apparecchiature per la compressione dell’idrogeno.
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Manometri per l’industria di processo per compressori di idrogeno
232.30, 233.30: manometro a molla tubolare, acciaio inox per l’industria di processo, esecuzione di sicurezza
Trasmettitori di pressione per compressori di idrogeno
IS-3: trasmettitore di pressione per applicazioni in aree pericolose a sicurezza intrinseca
E-10: trasmettitore di pressione con custodia antideflagrante
Sensori di temperatura per scambiatori di calore e raffreddatori di compressori a idrogeno
termoresistenza con attacco a baionetta TR53
TR10-B: termoresistenza per pozzetto aggiuntivo
TR34: termoresistenza miniaturizzata. Esecuzione filettata con protezione antideflagrante
TG53: termometro bimetallico versione da processo
secondo ASME B40.200
Sensori di temperatura per cuscinetti di compressori per idrogeno
TR53: termoresistenza con attacco a baionetta
WIKA: un fornitore affidabile di sensori per idrogeno
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