- Wasserstoff Reinigungsmethoden
- Wie wird Wasserstoff Reinigung?
- Wasserstoff-Reinheitsstandards
- Methoden zur Messung der Wasserstoff Reinigung
- Vorschriften für Wasserstoff Reinigungsysteme
- Ausrüstung zur Wasserstoff Reinigung
- Anwendungsbereiche
- Auswirkungen der Lieferkette auf die Reinheit des Wasserstoffs
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Bei der Reinigung von Wasserstoff werden Verunreinigungen und Schadstoffe aus dem Wasserstoffgas entfernt, um ein reines und hochwertiges Produkt zu erhalten. Wasserstoffgas kann mit einer Vielzahl von Verunreinigungen wie Wasserdampf, Kohlenmonoxid und anderen Gasen verunreinigt sein. Bei der Reinigung von Wasserstoff werden spezielle Geräte und Techniken eingesetzt, um diese Verunreinigungen zu entfernen und ein Wasserstoffgas zu erzeugen, das den geforderten Reinheitsstandards entspricht.
Welche Verunreinigungen im Wasserstoffgas vorhanden sind, hängt von der Quelle des Gases und den Bedingungen ab, unter denen es erzeugt wird. So kann beispielsweise aus Erdgas hergestelltes Wasserstoffgas einen höheren Gehalt an Verunreinigungen aufweisen als Wasserstoffgas, das durch Wasserelektrolyse hergestellt wird.
Die Qualität des Wasserstoffgases kann einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEV) haben. Brennstoffzellen benötigen hochreines Wasserstoffgas, um effizient und zuverlässig zu arbeiten, und Verunreinigungen im Wasserstoffgas können die Leistung der Brennstoffzelle beeinträchtigen. So können beispielsweise Verunreinigungen wie Wasserdampf und Kohlenmonoxid den Betrieb der Brennstoffzelle beeinträchtigen, während Verunreinigungen wie Sauerstoff und Stickstoff die Effizienz des Systems verringern können. Daher benötigen Brennstoffzellenfahrzeuge in der Regel Wasserstoffgas mit einem hohen Reinheitsgrad, wie z. B. die oben erwähnte Norm ISO 14687.
Wasserstoff Reinigungsmethoden
Das System und der Prozess, in den ein Wasserstoffreiniger integriert wird, bestimmen die Methode zur Reinigung von Wasserstoff. Spezielle Anwendungen erfordern den Einsatz spezieller Wasserstoff reinigungstechnologien, zu denen so anspruchsvolle Verfahren wie die Reinigung von Wasserstoffgas durch Diffusion durch eine Palladiummembran, die katalytische Reinigung von Wasserstoff oder die Reinigung von Wasserstoff durch Druckwechseladsorption gehören.
Wie wird Wasserstoff Reinigung?
Die Reinigung von Wasserstoff kann mit verschiedenen Methoden erfolgen, je nach den spezifischen Verunreinigungen, die entfernt werden müssen, und den erforderlichen Reinheitsgraden. Im Folgenden werden einige der häufig verwendeten Methoden genannt.
- Druckwechseladsorption: Die Druckwechseladsorption (PSA) ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Reinigung von Wasserstoffgas. Bei der Wasserstoff reinigung durch Druckwechseladsorption wird ein Behälter verwendet, der mit einem Material gefüllt ist, das bestimmte Verunreinigungen, wie Wasserdampf oder Kohlenmonoxid, selektiv adsorbieren kann. Während das Wasserstoffgas durch den Behälter strömt, werden die Verunreinigungen an das Material adsorbiert, während sich das gereinigte Wasserstoffgas auf der anderen Seite sammelt. Die PSA-Wasserstoffreinigung ist ein industrielles Verfahren, das sich nur für stationäre Anlagen eignet.
- Membrantrennung: Bei der Membrantrennung werden Membranen für die Trennung und Reinigung von Wasserstoffgas verwendet. Die Wasserstoff reinigungsmembran ist selektiv durchlässig für bestimmte Gase, wie z. B. Wasserstoff. Wenn das Wasserstoffgas durch die Membran strömt, werden die Verunreinigungen abgewiesen, und das gereinigte Wasserstoffgas wird auf der anderen Seite gesammelt.
- Elektrochemische Trennung: Dieser Prozess findet in einem Palladium-Wasserstoff-Reiniger statt. Der Trennungsprozess wird elektrochemisch erleichtert, indem die katalytischen Eigenschaften von palladiumbeschichteten Membranen genutzt werden. Diese Palladiummembran-Wasserstoffreiniger sind sehr kompakt und eignen sich ideal für den Einsatz in Wasserstoffmobilitätslösungen.
- Destillation: Die Destillation ist eine weitere Methode zur Wasserstoff Reinigung. Dabei wird eine Destillationskolonne verwendet, die die Verunreinigungen auf der Grundlage ihrer Siedepunkte vom Wasserstoffgas trennt. Das gereinigte Wasserstoffgas wird am oberen Ende der Säule gesammelt, während die Verunreinigungen am unteren Ende aufgefangen werden.
Die Reinheit von Wasserstoffgas kann von der Quelle seiner Erzeugung abhängen. Das durch Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoffgas, auch grüner Wasserstoff genannt, ist in der Regel von höherer Reinheit als das aus fossilen Brennstoffen hergestellte Wasserstoffgas, das auch als grauer Wasserstoff bezeichnet wird. Für jedes dieser Produktionsverfahren werden unterschiedliche Arten von Wasserstoffreinigern benötigt. Denn bei der Herstellung von grünem Wasserstoff wird Wasser elektrolysiert, wobei Wasserstoffgas entsteht, das relativ frei von Verunreinigungen ist. Bei der Herstellung von grauem Wasserstoff hingegen werden fossile Brennstoffe durch Dampfreformierung reformiert, wobei Wasserstoffgas entstehen kann, das einen höheren Anteil an Verunreinigungen wie Kohlenmonoxid und Wasserdampf enthält.
Example: Hydrogen treatment system
Wasserstoff-Reinheitsstandards
Wasserstoff Reinigungsnormen sind weltweit anerkannte Normen, in denen der maximal zulässige Gehalt an Verunreinigungen in Wasserstoffgas und die Methoden zur Prüfung der Reinheit des Wasserstoffgases festgelegt sind. Es gibt verschiedene Arten von Standards, die für die Analyse der Reinheit von Wasserstoffgas verwendet werden.
- ISO 14687 : Dies ist eine der am häufigsten verwendeten internationalen Normen, die die Anforderungen für Wasserstoffgas zur Verwendung in Brennstoffzellenfahrzeugen festlegt. Sie legt die maximal zulässigen Verunreinigungen, einschließlich Wasserdampf, Kohlenmonoxid und anderer Gase, sowie die Methoden zur Prüfung der Gasreinheit fest.
- ASTM D4814 : Diese von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Norm legt die Anforderungen an Wasserstoffkraftstoff für die Verwendung in Fahrzeugen fest. Sie legt die maximal zulässigen Verunreinigungswerte und die Methoden zur Prüfung der Gasreinheit fest.
- SAE J2601 : Diese von der Society of Automotive Engineers (SAE) entwickelte Norm legt die Anforderungen an Wasserstoff als Kraftstoff für die Verwendung in Brennstoffzellenfahrzeugen fest. Sie legt die maximal zulässigen Verunreinigungswerte und die Methoden zur Prüfung der Gasreinheit fest.
Methoden zur Messung der Wasserstoff Reinigung
- Eine der gängigsten Methoden zur Analyse der Zusammensetzung von Gasen, einschließlich Wasserstoff, ist die Gaschromatographie. Dazu wird ein spezielles Gerät verwendet, das die Gase anhand ihrer chemischen Eigenschaften trennt und dann die Konzentrationen der einzelnen Gase misst.
- Die Massenspektrometrie ist eine weitere Methode, um die Zusammensetzung von Wasserstoffgas zu analysieren. Dazu wird ein spezielles Gerät verwendet, das die Gase ionisiert und dann die Massen der Ionen misst, um die Zusammensetzung des Gases zu bestimmen.
- Gasanalysatoren können auch zur Messung der Reinheit von Wasserstoff verwendet werden. Dabei handelt es sich um hochentwickelte Instrumente, die verschiedene Techniken wie Infrarotabsorption oder elektrochemische Sensoren einsetzen, um die Konzentrationen von Verunreinigungen im Gas zu messen.
Vorschriften für Wasserstoff Reinigungsysteme
Es gibt verschiedene Vorschriften, die die Anforderungen an die Reinheit des Wasserstoffs je nach Anwendung und Standort festlegen. Einige dieser Vorschriften sind im Folgenden aufgeführt.
- Internationale Vorschriften: Es gibt mehrere internationale Vorschriften, in denen die Anforderungen an die Reinheit von Wasserstoff festgelegt sind, darunter die oben erwähnte ISO-Norm 14687.
- Nationale Vorschriften: Viele Länder haben ihre eigenen nationalen Vorschriften, in denen die Anforderungen an die Reinheit des Wasserstoffs je nach Anwendungsfall festgelegt sind. Diese Vorschriften können auf internationalen Normen beruhen oder zusätzliche Anforderungen enthalten.
- Industrievorschriften: Es kann auch branchenspezifische Vorschriften geben, in denen die Anforderungen an die Reinheit des Wasserstoffs je nach Anwendungsbereich festgelegt sind. So kann die Luft- und Raumfahrtindustrie andere Anforderungen an die Reinheit von Wasserstoffgas stellen als die Automobilbranche.
Ausrüstung zur Wasserstoff Reinigung
Es gibt verschiedene Arten von Geräten, die zur Messung der Reinheit von Wasserstoff verwendet werden, aber die Auswahl der Geräte hängt von der verwendeten Reinigungsmethode ab. Im Folgenden sind einige der häufig verwendeten Geräte aufgeführt.
- PSA-Behälter: In einem PSA-Wasserstoff-Reinigungssystem werden spezielle, mit einem Adsorptionsmittel gefüllte Behälter verwendet, um das Wasserstoffgas zu reinigen. Diese Behälter können aus rostfreiem Stahl oder anderen Materialien bestehen und für unterschiedliche Durchflussraten und Verunreinigungsgrade ausgelegt sein.
- Module zur Membrantrennung: Für die Abtrennung und Reinigung von Wasserstoff werden spezielle Module mit Membranen verwendet, um das Wasserstoffgas zu reinigen. Diese Module können aus Kunststoff oder anderen Materialien bestehen und für unterschiedliche Durchflussraten und Verunreinigungsgrade ausgelegt sein.
- Destillationskolonnen: Zur destillativen Reinigung werden im Wasserstoffgasreiniger spezielle Destillationskolonnen eingesetzt, um die Verunreinigungen aus dem Wasserstoffgas abzutrennen. Diese Säulen können aus rostfreiem Stahl oder anderen Materialien bestehen und für unterschiedliche Durchflussraten und Verunreinigungsgrade ausgelegt sein.
Anwendungsbereiche
Die Reinigung von Wasserstoffgas ist häufig für Anwendungen erforderlich, bei denen hochreines Wasserstoffgas von entscheidender Bedeutung ist, z. B. für Brennstoffzellenfahrzeuge, die Stromerzeugung und industrielle Prozesse. Bei diesen Anwendungen können Verunreinigungen im Wasserstoffgas die Leistung und Zuverlässigkeit des Systems beeinträchtigen. So können beispielsweise Verunreinigungen wie Wasserdampf und Kohlenmonoxid den Betrieb von Brennstoffzellen beeinträchtigen, während Verunreinigungen wie Sauerstoff und Stickstoff die Effizienz des Systems verringern können.
Auswirkungen der Lieferkette auf die Reinheit des Wasserstoffs
Um einen bestimmten Reinheitsgrad des Wasserstoffs in der gesamten Wasserstoffversorgungskette aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, auf jeder Stufe der Kette geeignete Reinigungsverfahren einzusetzen. Dies kann den Einsatz spezieller Geräte und Techniken erfordern, um Verunreinigungen und Schadstoffe aus dem Wasserstoffgas zu entfernen. Darüber hinaus ist es wichtig, strenge Qualitätskontrollen durchzuführen, um sicherzustellen, dass das Wasserstoffgas in der gesamten Lieferkette die erforderlichen Reinheitsstandards erfüllt. Dabei können Instrumente und Methoden wie Gaschromatographie, Massenspektrometrie und Gasanalysatoren eingesetzt werden, um die Reinheit des Gases in den verschiedenen Phasen der Lieferkette zu bewerten.
Letzte Aktualisierung: 31.01.2023