为何可靠的测量对于氢经济和绿色转型至关重要？

作者：维萨拉高级战略和业务发展经理Anu Pulkkinen

 

作为推动绿色能源转型的关键因素，氢展现出了巨大的潜力和令人瞩目的前景，特别是在面临电气化挑战的工业领域。本文意在探讨氢经济的现状，并着重强调可靠测量对于推动绿色转型的重要性。

 

氢经济旨在通过利用氢能源，助力交通运输、航运航空、重工业等难以实现电气化的经济领域实现脱碳。根据生产方式的差异，氢能源可细分为以下三种类型：

 

· 绿氢：通过电解水的方式，利用风能、太阳能等可再生能源产生的电力来制造,其碳排放可以达到净零。

 

· 蓝氢：以化石天然气为原料，通过分解过程获得氢气和二氧化碳。在此过程中，二氧化碳被捕获并储存，或者进一步利用，从而减少了直接排放到大气中的碳量。

 

· 灰氢：这是目前较为普遍的氢生产方式，与蓝氢类似，也是通过分解化石天然气来获取氢气。然而，不同的是，灰氢在生产过程中产生的二氧化碳并未被捕获，而是直接释放到大气中，对气候造成负面影响。

 

在推动氢经济的发展过程中，蓝氢和绿氢将发挥越来越重要的作用。

 

氢能源对于全球能源转型至关重要

 

随着生产技术的持续进步和应用场景的不断拓展，氢经济正迅速崛起。氢能源已广泛用作炼油、氨和甲醇生产等过程中的原料或燃料，并在制钢过程中充当还原剂。这些行业都在向更清洁的绿氢能源转型，这一转变有望大幅减少排放。

 

在燃料电池领域，氢能源也展现出了巨大的潜力，不仅能够为公交车和卡车提供动力，还可用作发电过程中的储能介质和能源来源。此外，对于航运和航空这两个难以脱碳的行业而言，氢能源及氢基燃料提供了极具潜力的低碳解决方案。

 

因此，氢能源在全球能源转型中扮演着至关重要的角色，有望引领我们走向更加绿色、可持续的未来。

 

为何可靠的测量对于氢经济至关重要

 

在氢能源的生产、储存、运输和应用全链条中，湿度、二氧化碳和甲烷等参数的精准测量显得尤为关键。

 

维萨拉始终以全局视角对待脱碳问题，包括流程优化、碳捕获、利用和储存（CCUS）、电气化以及新技术和功能改进等方面。而维萨拉用于测量这些参数的仪表，可提供稳定、实时的在线测量数据，无需依赖人工采样，确保用户能够准确了解氢能源系统的运行状态，从而做出更为科学和合理的决策。

 

这些测量仪表不仅响应迅速，而且易于安装和维护、校准周期长、无需更换移动部件或耗材，大幅降低了使用成本和维护难度。

 

此外，维萨拉测量探头能够将直流信号（4-20 mA）和现场总线（Modbus）发送到工厂的自动化系统，无需额外安装软件或硬件，实现了与现有系统的顺畅对接。

 

值得一提的是，维萨拉仪表还具备强大的环境适应性，能够在较大的温度范围内稳定工作，同时还提供防雨和防爆认证选项，使得其能够在极具挑战性的爆炸性环境中安全安装。

 

以下是维萨拉技术在氢能源相关应用中的典型实例，充分展现了其技术的可靠性能与广泛应用。

 

· 燃料电池的成功运行依赖于可靠的湿度测量

 

氢能源广泛用于燃料电池，其质子交换机制使得湿度控制成为确保燃料电池稳定运行的关键要素。燃料电池的核心部件是聚合物电解质膜（PEM）——负责在阳极和阴极之间传导质子。为了确保PEM的正常工作，必须严格控制反应气体（阳极侧的氢气和阴极侧的空气）的湿度。

 

当湿度保持在适宜水平时，PEM能够展现良好的质子电导率和低电阻特性，从而确保燃料电池的高效运行。然而，若湿度过低，PEM的导电性能将急剧下降，从而严重限制燃料电池的功率输出能力，影响其性能表现。另一方面，过高的湿度则会对PEM造成机械损坏，导致电阻增大、电压降低，进而影响燃料电池的整体效率和使用寿命。

 

自20世纪90年代初氢燃料电池技术问世以来，维萨拉的技术一直在为其提供坚实支持。在汽车和造船行业等行业中，众多头部企业都在其燃料电池开发过程中采用了维萨拉的HUMICAP®技术。此外，芬兰 VTT 技术研究中心在氢能源相关研究项目中，也使用了维萨拉的湿度传感器。在不断探索低温（PEM）和高温（固体氧化物）燃料电池技术的过程中，VTT的专家们在燃料电池堆的前后安装了维萨拉仪表，实现对过程气体湿度的准确监测与有效控制。

 

此外，维萨拉仪表还可用于测量氢气纯化和生产过程中环境空气的湿度水平，为整个氢能源产业链的湿度管理提供了全面的解决方案。这些技术的应用，不仅确保了燃料电池的稳定运行，也为氢经济的健康发展提供了有力的技术支持，推动其迈向更加繁荣和可持续的未来。

 

· 测量CCUS应用中的CO₂和湿度

 

在全球碳中和进程中，碳捕获、利用与储存（CCUS）技术发挥着举足轻重的作用。对于温室气体减排难度较大的行业而言，CCUS可能是他们实现脱碳目标的唯一途径。特别是对于那些仍深度依赖化石燃料的能源密集型行业， CCUS技术的重要性更是不言而喻。

 

通过连续、在线测量传入和传出气流中的CO₂浓度，可帮助捕获CO₂的工厂实时监控其性能并优化工艺过程。此外，在研究和开发新的捕获技术时，准确的CO₂和湿度测量同样不可或缺。这些数据能够为研究人员提供有关过程动力学和性能的宝贵洞察，从而推动技术的不断进步。

 

以丹麦阿迈厄岛的CopenHill垃圾焚烧发电厂为例，该厂采用维萨拉技术进行点源CO₂捕获。该工厂每年能够将560,000吨废物转化为电力、热能和灰烬。在其碳捕获过程中，维萨拉多气体测量探头MGP261发挥着关键作用，用来测量湿度和捕获的 CO₂浓度。

 

捕获的CO₂还可以与氢气一起用来生产绿色燃料和化学品，这不仅有助于减少温室气体的排放，还能推动绿色能源的发展。

 

· 测量SOEC应用中的CO₂、甲烷和湿度

 

固体氧化物电解（SOEC）共电解技术通过利用CO₂、水和电能来生产氢气和甲烷。尽管这项技术目前仍处于试验阶段，但其巨大的潜力已经引起了全球范围内的广泛关注。特别是在日本，预计SOEC将在该国到2050年实现90%可再生能源气体转型的过程中发挥重要作用。

 

在SOEC过程中，所使用的CO₂捕获来源广泛，包括工业排放、大气以及从沼气提纯生物甲烷的过程。值得一提的是，SOEC过程通常使用可再生能源，不需要贵金属或稀土元素，这进一步减少了其对环境的影响。

 

然而，要实现SOEC技术的高效运行，离不开精确的测量技术。在碳捕获过程中，准确测量CO₂的浓度不仅有助于提高SOEC工艺过程的效率，还能减少温室气体排放。随着监管制度的日益严格，对测量精度的要求也越来越高。

 

在这一背景下，维萨拉甲烷、二氧化碳和湿度多气体测量探头MGP261脱颖而出，成为SOEC共电解工艺过程的理想选择。它能够实时测量原料（如CO₂、湿度）和产品（如甲烷）的浓度，从而为工艺过程的优化和效率提升提供有力支持。

 

工业测量是绿色转型的重中之重

 

可再生能源和清洁能源生产是每个行业实现脱碳和绿色转型的核心所在，而可靠测量对于助力实现转型的创新技术和工艺过程的作用不容小觑。

 

维萨拉以其可靠、准确的测量仪表为绿色转型加速贡献力量。这些仪表不仅能够实时提供可靠、稳定的湿度、二氧化碳和甲烷测量数据，更在氢经济、碳捕获、利用和储存（CCUS）以及固体氧化物电解（SOEC）等绿色技术的应用提供了有力支持。

 

展望未来，我们期待与更多行业伙伴携手共进，共同推动绿色转型的深入发展。通过精准测量技术的不断创新与应用，我们相信将能够加速实现真正的可持续变革，为地球的未来贡献更多绿色力量。

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