Metan plazma analizörü hidrojen üretiminde maliyet tasarrufu sağlar

Bürkert’in proses kontrol vanaları, birçok hidrojen uygulamasında güvenilirliklerini kanıtlamıştır. Örneğin, Graforce bunları yüksek verim ve nispeten düşük maliyetle hidrojen ve katı karbon üreten metan-plazma elektrolizörlerinde kullanmaktadır.

Hidrojen büyük bir enerji potansiyeline sahiptir ve sadece suda bulunmaz. Endüstriyel atık su, gübre, plastik veya gazlardaki birçok organik ve inorganik bileşiğin bir bileşenidir. Graforce, artık malzemelerdeki yüksek enerjili kimyasal bileşiklerden hidrojen üreten önemli ölçüde daha düşük üretim maliyetli ve daha yüksek verimli plazma elektrolizörleri sunar.

Yeşil hidrojen – Gelecek için enerji

Yüksek enerji içeriğine sahip hidrojen, enerji geçişinde önemli bir yardımcı ve benzin, dizel ve Co’ya “Yeşil” bir alternatif olarak kabul edilir. Sadece geleneksel olarak doğrudan yanmakla kalmaz, aynı zamanda elektrik ve ısı elektrokimyasal üretimi için de kullanılabilir. Yüksek enerjili gaz, araçlara, gemilere ve hatta uçaklara güç sağlamak için uygundur. Egzoz gazı olarak partikül madde/ince toz, azot oksitler ve diğer hava kirleticiler yerine sadece su buharı üretilir.

CO₂ içermeyen elektrik ve ısı üretimi

Ancak hidrojen elektroliz yoluyla, yani elektrik kullanılarak suyun hidrojen ve oksijene ayrıştırılmasıyla elde ediliyorsa, üretim enerji yoğun ve dolayısıyla pahalıdır. Graforce GmbH’de geliştirme mühendisi olan Kai Dame, “Hidrojenin kilogram başına ortalama maliyeti 6 ila 9 avro arasında” diyor. “Ancak hidrojen suda diğer kimyasal bileşiklerden çok daha sıkı bir şekilde bağlanır. Bu sebepten dolayı plazma analizörlerimiz çok daha az enerjiye ihtiyaç duyarlar, çünkü hidrojeni sudan değil, diğer yüksek enerjili kimyasal bileşiklerden ayırırlar. Örneğin organik veya doğal gazda, hidrojen sadece zayıf bir şekilde bağlanır. Bu nedenle 4 kg biyogaz veya doğal gazdan 1 kg hidrojen ve 3 kg elementel karbon üretmek için sadece 10 kWh enerjinin yeterli olduğu anlamına gelir. Maliyetler hidrojenin kilogramı başına ortalama sadece 1,5 ila 3 avroya düşüyor.”

Graforce’un metan plazmalizörlerinde metanı moleküler bileşenleri olan hidrojen (H2) ve karbona (C) ayırmak için güneş veya rüzgar enerjisinden yüksek frekanslı bir gerilim alanı üretilir. Her plazma analizörü sistemi saatte 500 kW veya 550 Nm³ (standart metreküp) hidrojen kapasitesine sahiptir ve modüler olarak genişletilebilir. Bir hidrojen BHKW (birleşik ısı ve güç ünitesi) veya bir SOFC yakıt hücresi (katı oksit yakıt hücresi) ile birlikte CO₂ içermeyen ısı ve güç üretimi mümkündür. Katı karbon, örneğin çelik, karbon fiber ve diğer karbon bazlı yapıların üretimi için endüstriyel hammadde olarak kullanılabilir. Örneğin Linz yakınlarında böyle bir metan plazmalizörü Nisan 2023’te bir mağara depolama tesisinde faaliyete geçirildi.

Tesisin temel bileşeni metanın plazmalitik bölünmesinin gerçekleştiği iki reaktördür. Tesiste ayrıca hidrojen ve katı karbondan oluşan iki ürün akışını ayırmak için bir separatör, proses ısısını geri kazanmak için ekipman ve üretilen hidrojen için tampon depolama bulunmaktadır. Bu da 500 mbar’lık bir basınçta bir kompresör istasyonuna aktarılır ve daha sonra 25 bar’lık bir basınca sıkıştırılır. Yaklaşık 25 metre yüksekliğindeki tesis, kontrol teknolojisi, ortam akışı ve basınçlı hava için arayüzler aracılığıyla işleticinin genel tesisine entegre edilmiştir ve saatte 50 kg hidrojen üretmektedir.

Graforce’un metan plazmalizörlerinde metanı moleküler bileşenleri olan hidrojen (H2) ve karbona (C) ayırmak için güneş veya rüzgar enerjisinden yüksek frekanslı bir gerilim alanı üretilir.

Hidrojene dayanıklı proses bağlantı parçaları

Metan plazma analiz tesisinde hidrojen ve karbonun güvenli ve yüksek kalitede üretilebilmesi için çok sayıda proses armatürü gereklidir. Ancak hidrojen atomunun en küçük kütleye sahip olması ve bu nedenle çok uçucu olması nedeniyle hidrojen uygulamaları burada zorlayıcıdır. Hidrojen ayrıca yanıcı ve potansiyel olarak patlayıcı bir gaz olduğundan dolayı bununla temas eden tüm bileşenlerin yüksek sızdırmazlık gereksinimlerini karşılaması gerekir. Bunun haricinde metallere dağılma ve malzeme özelliklerini değiştirme gibi hoş olmayan bir özelliğe de sahiptir. Kırılganlık veya korozyon bunun bir sonucu olabilir.

Berlinli start-up şirketi Bürkert’in ürün portföyünde aradığını buldu. Plazma analiz tesisinde şu anda DN 15 ila DN 65 nominal boyutlarında pnömatik aktüatörlü yaklaşık 50 proses vana kullanılmaktadır, örneğin hidrojen ve karbon hatlarındaki pnömatik eğik ve düz yuvalı vana (Tip 2000 ve Tip 2012). Yüksek güvenilirlikleri sayesinde minimum basınç düşüşüyle uzun bir hizmet ömrü sağlarlar. Reaktörlerde Tip 8802 konum regülatörlü proses kontrol sistemleri ve ayrıca pnömatik döner tahrikli küresel vanalar (Tip 8805) kullanılmaktadır.

Hidrojen ve karbon hatlarında yakl. 50 proses vanası kullanılmaktadır. Reaktörlerde konum regülatörlü proses kontrol sistemleri ve pnömatik döner tahrikli küresel vanalar kullanılmaktadır.

Kumanda, Tip 8652 AirLİNE vana üniteleri tarafından gerçekleştirilir. Dame, “Kompakt boyutları sayesinde prosesin hemen yakınındaki kontrol kabinlerine kolay monte edilebilirler” diye ekliyor. Bürkert uygun kontrol kabinleri de tedarik edebilirdi, ancak Graforce kendi kabinlerini inşa etmeye karar verdi. Dame, “tesislerimizde mümkün olduğu kadar çok şeyi kendi elimizde tutmak istiyoruz; belki daha sonra başka bir projede bu imkanı kullanırız” diye ekliyor.

Kısa iletişim yolları ve hızlı teslimat

Bürkert proses kontrol vanalarının seçilmesinin birkaç nedeni vardı. Bürkert hidrojen uygulamaları konusunda büyük bir uzmanlığa sahiptir ve kullanılan malzemeler bu uygulama alanının özel gereksinimlerini karşılamaktadır. Kırılganlık veya sızdırma riski yoktur.

Graforce ayrıca başka bir tesiste de Bürkert vanaları kullanmaktadır. Bir süredir çalışmakta olan bir atık su plazmalizörü atık ısıyı ve güç tüketimini azaltmak için çift bobinli solenoid vanalara ve Kick-and-Drop elektroniğine dönüştürülmüştür. Bobin burada ilk önce vanayı açmak için gerekli olan yüksek sıkma kuvvetini üretmek için yüksek bir gerilim darbesiyle aşırı uyarılır. Birkaç milisaniye sonrası preslenmiş bobine entegre edilmiş elektronik, enerji tasarrufu sağlayan bir tutma moduna geçer. Vanalar bu şekilde geleneksel çözümlere göre %80’e kadar daha az enerji tüketir.