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Wasserstoff Messung
02. Mai 2024
Die effiziente Nutzung von Wasserstoff, der dem Erdgas beigemischt wird, erfordert die richtige Messtechnik - korrelative Instrumente können dabei helfen.
Das Interesse an Wasserstoff als Energieträger ist in den letzten zehn Jahren stetig gestiegen, wobei viele Studien zu seiner Erzeugung, Transport, Speicherung und Nutzung durchgeführt wurden. Der Grund für das Interesse ist klar: Wasserstoff ist ein kohlenstofffreier Brennstoff, der mit erneuerbarer Energie erzeugt und wie Erdgas verbrannt werden kann. Die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff unterscheiden sich aber erheblich zu denen von Erdgas, wodurch er nicht als direkten Ersatz für verwendet werden kann. Die Beimischung von Wasserstoff in bestehende Erdgasleitungen (in der Regel bis zu 20%) wird in zahlreichen Ländern als Möglichkeit zur Reduzierung von CO2-Emissionen untersucht. Diese Lösung hat den Vorteil der Nutzung der vorhandenen Infrastruktur (Transport, Verteilung und Endnutzung) und kann Schwankungen in der Wasserstoffproduktion abfedern.
Wasserstoff-Erdgasgemisch
Die Änderung der physikalischen Eigenschaften, die durch die
Wasserstoffbeimischung entstehen müssen entsprechend bei der Verbrennung
berücksichtigt werden. Wasserstoff hat eine höhere Flammentemperatur,
beträchtlich höhere Flammengeschwindigkeit und einen geringeren Luftbedarf für
die Verbrennung, was bedeutet, dass durch die Optimierung der
Verbrennungsprozesse erhebliche Effizienzsteigerungen erzielt werden können.
Darüber hinaus beträgt der volumetrische Energiegehalt von Wasserstoff etwa ein
Drittel des von Erdgas. Daher ist das Wissen über den Wasserstoffgehalt nicht
nur entscheidend für Effizienzsteigerungen bei Verbrennungsprozessen, sondern
auch für die faire Abrechnung des Gasverbrauchs.
Mit der voraussichtlich verteilten Wasserstoffinjektion und -beimischung im
gesamten Netzwerk bedeutet dies, dass nicht nur grosse zeitliche, sondern auch
räumliche Variabilität des Wasserstoffgehalts zu erwarten ist.
Messung
Aufgrund der oben beschriebenen Szenerien ist der Bedarf der Bestimmung des
Wasserstoffgehalts gross und klar definiert, jedoch sind die Anforderungen an
die Messgeräte und Sensoren recht hoch. Referenzinstrumente zur Bestimmung der
Gasqualität, wie Gaschromatographen, sind für viele Endbenutzer oft zu teuer,
kompliziert oder langsam. Dies hat die Tür für andere spezialisierte
Instrumente geöffnet, die beispielsweise korrelative Messprinzipien nutzen, um
eine Eigenschaft des Gasgemisches basierend auf der Messung einer oder mehrerer
anderer Gaseigenschaften wie der Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität,
Schallgeschwindigkeit oder Dichte zu erschliessen (oder zu korrelieren).
Für Anwendungen, die korrelative Messungen in Betracht ziehen, funktionieren diese Messgeräte ausserordentlich gut, da sich die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff erheblich von denen von Erdgas unterscheiden. Korrelative Messinstrumente haben oft überragende Vorteile: Sie erfordern selten Neukalibrierungen, sind nahezu immun gegen Vergiftungen, die absolute Messgenauigkeit ist nicht an die Gaskonzentration gebunden und sie können für praktisch jeden Konzentrationsbereich eingesetzt werden.
Der gasQS static der Mems AG misst anhand der Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Gaskomponenten
Der gasQS static von Mems AG ist ein Beispiel für ein korrelatives Messinstrument, das nach dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeitsmessungen arbeitet. Durch Labor-Kalibrierung wird die Wärmeleitfähigkeit mit der Konzentration von Wasserstoff im Gas gleichgesetzt, die als 4-20 mA-Signal zurückgegeben wird.
Das Messgerät wird zur Regelung von Gasmotoren (Zündzeitpunkt) und Brennern (Leistungs- und Luftstromregelung), in Wasserstoffbeimischungsstationen und zur Nachverfolgung von Wasserstoffkonzentrationen durch Verteilungsnetzwerke eingesetzt. Die schnelle Reaktionszeit (T90 von 2 Sekunden), direkte Rohrleitungsschaltung und keine Entlüftung von Gas sind besonders geschätzte Eigenschaften für diese Anwendungen.
Korrelative Messgeräte sind nicht an die Gaskonzentration gebunden und können für praktisch jeden Konzentrationsbereich eingesetzt werden