Durchflussregelung in der Wasserstoffherstellung

Wasserstoff ist in jüngster Zeit ein heißes Thema. Wir sehen Anwendungen in der traditionellen Industrie, aber auch zunehmend im Bereich nachhaltiger Energie. Auch der politsche Einfluss durch neue EU-Verordnungen treibt die Entwicklung neuer Verfahren zur Energiegewinnung durch Wasserstoff immer weiter an. Durchflussmesser spielen bei der Erzeugung und Verwendung von Wasserstoff eine wichtige Rolle. Zuverlässige und präzise Messwerte sind bei diesen Verfahren von entscheidender Bedeutung. Seit Jahren liefern wir Durchflussmesser für die Firma HyGear in Arnhem (Niederlande), die in den Dampfreformierungsanlagen des Unternehmens eingesetzt werden.

Wir sprachen mit Ellart de Wit, CTO von HyGear, um mehr über diese interessante Anwendung, über die vom Unternehmen entwickelten Dampfreformierungsanlagen und die Rolle unserer Durchflussmesser in diesem Verfahren zu erfahren.

HyGear Dampf-Methan-Reformiereinheit mit Durchflussmessern

Was macht HyGear mit Wasserstoff?

„HyGear ist von Haus aus ein Unternehmen, das chemische Anlagen baut, wobei der Fokus auf Wasserstoff liegt.
So haben wir 2002 angefangen. Damals war der Bedarf an Wasserstoff als Fahrzeugtreibstoff groß und wir sind darauf eingegangen. Wasserstoff hat viele positive Eigenschaften, doch eine Sache ist kompliziert: der Transport. Denn das Gas ist ausgesprochen leicht und lässt sich unter Druck nicht verflüssigen.

Die Herausforderung besteht daher darin, den Transport auf ein Mindestmaß zu beschränken. Das ist dann möglich, wenn der Wasserstoff direkt am Einsatzort erzeugt wird. In den Anfangsjahren haben wir daher Turnkey-Systeme für unsere Kunden geliefert, die damit selbst Wasserstoff erzeugen konnten. In den vergangenen Jahren haben wir uns jedoch mehr als Gaslieferant positioniert, wobei Kunden Wasserstoff kiloweise als 'Gas as a Service' bei uns einkaufen können, einschließlich des kompletten Servicepaketes, das damit verbunden ist.“

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Liefern Sie auch Wasserstoff für nachhaltige Energieanwendungen?

„Der größte Teil unserer Kunden stammt noch aus der traditionellen Industrie:

Flachglashersteller und Metallbetriebe setzen Wasserstoff hauptsächlich als Schutzgas bei Verfahren ein, um als Schutzgas eine reduzierende Atmospäre zu schaffen und unerwünschte Oxidationsreaktien durch Luftkontakt zu verhindern
Die Lebensmittelindustrie verwendet Wasserstoff für die Hydrierung oder auch Fetthärtung, um Öle zu verfestigen (z.B. Margarineherstellung).
Mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge gehören zu den Neukunden, doch das ist eine noch relativ neue Entwicklung.

In allen diesen Fällen muss der Wasserstoff frei von Verunreinigungen sein.“

„Insgesamt kann man den Trend erkennen, dass die Nachfrage nach Wasserstoff auf mehreren Ebenen zunimmt. Die Nachfrage der traditionellen Industrie nach qualitativ hochwertigem Wasserstoff steigt. Daneben sind immer mehr nachhaltige Energieanwendungen mit Wasserstoff zu beobachten, zum Beispiel als Treibstoff für Brennstoffzellen in Fahrzeugen.

Außerdem sehen wir einen gestiegenen Anteil an Neuanwendungen mit Wasserstoff. Im Inland beispielsweise, weit von der Küste und damit von chemischen Anlagen entfernt, wo Wasserstoff als (Rest-)Produkt freigesetzt wird.“

Der Service von Bronkhorst ist ausgezeichnet! - Ellart de Wit, CTO HyGear

Wie verhält es sich mit Wasserstoff für Kraftfahrzeuge?

„Aktuell sind aus unserer Sicht noch einige Herausforderungen beim Befüllen von Wasserstofffahrzeugen zu bewältigen. Bei Prozessen in der Industrie ist der Gasverbrauch relativ gleichmäßig. Beim Befüllen von Fahrzeugen ist das etwas schwieriger. Es geht dabei um sehr hohe Druckunterschiede, die in kurzer Zeit entstehen, vor allem beim Start des Füllvorgangs, denn danach verläuft der Füllvorgang immer langsamer. Die Menge des getankten Wasserstoffs muss dabei genau überwacht und gemessen werden, damit der Fahrer an der Tankstelle den richtigen Preis zahlt.“

Was sind Dampfreformierungsanlagen?

„Eine der Lösungen von HyGear, um vor Ort Wasserstoff zu erzeugen, arbeitet mit austauschbaren Dampfreformierungsanlagen. Bei der Dampfreformierung reagiert Methan (aus Erdgas) unter hohem Druck und hohen Temperaturen mit Dampf. Es entsteht eine Mischung aus hauptsächlich Wasserstoff und Kohlendioxid. Der gewünschte Wasserstoff wird daraus mit Druckwechseladsorption (pressure swing adsorption, PSA) gewonnen. Bei dieser Art der Wasserstofferzeugung vor Ort ist es hilfreich, dass überall auf der Welt bereits Erdgasfernleitungen liegen – sodass der Rohstoff kostengünstig transportiert werden kann. Man kann Erdgas, Biogas oder Grünes Gas verwenden, ob mit oder ohne CO₂-Abscheidung. Die Kunden können selbst wählen, ob sie grauen, blauen oder grünen Wasserstoff abnehmen.

HyGear 'HyGEN' Prozess

Der entscheidende Punkt bei Dampfreformierungsanlagen ist, dass alle erforderlichen Module für die Crackinganlage, die Dampferzeugung und die Säuberungsschritte integriert sind und ohne Eingriff von außen kontinuierlich funktionieren. Beim Start und im Dauerbetrieb.

Das System hat keinen Betreiber, ist komplett autark und kann schnell schalten. Es funktioniert wie ein Tube-Trailer mit Wasserstoffzylindern, wobei man nur den Hahn zu öffnen braucht, um Wasserstoff zu liefern. In einer sich schnell ändernden Welt mit immer kürzeren Lieferverträgen bietet ein solches transportfähiges stationäres System die erforderliche Flexibilität.“

Durchflussmesser für zuverlässige und präzise Messwerte

"Seit den Anfängen der Entwicklung dieser Anlagen arbeiten wir mit den Durchflussmessern von Bronkhorst. Die Durchflussmesser sind an zwei Stellen in das Verfahren integriert. Bei der Reaktion von Methan mit Dampf müssen wir wissen, wie viel wir hinzufügen. Für Methan verwenden wir thermische Massendurchflussregler von Bronkhorst mit einem Durchflussbereich von 500 Litern Methan pro Minute. Dampf messen wir auf eine andere Weise. Am Ausgang des Systems wird erfasst, wie viel Wasserstoff herauskommt. Dafür verwenden wir die thermischen Massendurchflussmesser von Bronkhorst mit einem Durchfluss von 90 bis 250 Nm³ Wasserstoff pro Stunde. Da das System vor Ort steht – das kann auch ein abgelegener Ort sein – ist es wichtig, dass die Durchflussmesser und Durchflussregler zuverlässig funktionieren. Wir müssen uns auf die Messwerte verlassen können. Beim Messen ist neben der Zuverlässigkeit auch Präzision erforderlich, denn auf der Grundlage der Menge an geliefertem Wasserstoff muss der Kunde letztendlich die Rechnung bezahlen.“

Bronkhorst liefert die von uns benötigten Durchflussbereiche mit einer hohen Zuverlässigkeit. - Ellart de Wit, CTO HyGear

Durchflussmesser für Wasserstoffanwendungen von Bronkhorst

Bronkhorst liefert regelmäßig Durchflussmesser, Durchflussregler und Verdampfersysteme für verschiedene Verfahren auf dem Wasserstoffmarkt. Dabei ist an Durchflusslösungen für die Befeuchtung von Brennstoffzellen, Power-to-Gas-Anwendungen, die Speicherung von Wasserstoff in Metallhydrid und die Speicherung von Wasserstoff in flüssigen organischen Trägern (LOHC) zu denken.

Dafür werden insbesondere unsere thermischen Massendurchflussmesser und CEM-basierten Verdampfungssysteme eingesetzt.

Wasserstoffanwendungen bei denen Bronkhorst Durchflussmesser eingesetzt werden können

Welche Rolle spielt die Durchflussregelung bei der Erzeugung von Wasserstoff?