Bronkhorst
Application note

Waterstofopslag in metaal hydride

​DLR, het Duitse nationale onderzoekscentrum voor lucht- en ruimtevaart, doet onderzoek naar alternatieve methoden voor de opslag van waterstof voor brandstofcellen in voertuigen. Hiervoor heeft DLR de firma Wagner Mess- und Regeltechnik - distributeur van Bronkhorst - gevraagd om mee te denken over een gecontroleerde toevoer van waterstofgas en meting hiervan. 

Voertuigen die rijden op waterstof zijn nauw verwant aan de ‘elektrische’ voertuigen die we steeds vaker tegenkomen. Bij waterstof aangedreven voertuigen ziet de aandrijving er iets anders uit: waterstof en zuurstof reageren in een brandstofcel en wekken daardoor elektriciteit op die een elektrische motor aandrijft. Bij waterstof aangedreven voertuigen wordt de waterstof meestal opgeslagen in druktanks aan boord van het voertuig. Om in de beperkte tankinhoud te passen, moet waterstof worden gecomprimeerd tot een druk van zeker 700 bar. Deze tanks moeten robuust genoeg zijn om tegen de hoge druk te kunnen en bovendien ondoorlaatbaar om gaslekkages te voorkomen. 

Bekijk de Bronkhorst oplossing

Hydrogen storage in metal hydride

Toepassingseisen

Waterstof wordt in metaalhydridevaten opgeslagen via omkeerbare chemische reacties tussen een metaallegering en gasvormige waterstof. Het vaste metaalhydride werkt als een spons die de waterstof absorbeert en vrijgeeft. Om te onderzoeken onder welke procesomstandigheden het laden/lossen van waterstof het beste werkt, moeten waterstofflows en de procesdruk nauwkeurig worden gemeten en geregeld. Omdat we te maken hebben met een R&D-omgeving, moeten de instelpunten en meetwaarden bovendien adequaat worden vastgelegd voor analysedoeleinden. 

Belangrijke onderwerpen

  • Flowdrukregelaar
  • Reproduceerbaarheid
  • Veilige methode voor de opslag van waterstof
  • Toepassing bij relatief lage druk vergeleken bij traditionele opslag


Procesoplossing voor waterstofopslag

De oplossing van Bronkhorst bestaat uit een set flowmeters aan de in- en uitlaatzijde van het metaalhydridevat. Voor de toevoer van waterstof naar het metaalhydride worden instrumenten uit de IN-FLOW-flowmeterserie gebruikt in combinatie met Vary-P-kleppen. De druk in het metaalhydridevat wordt geregeld met een bepaalde druk om de opslagreactie te onderzoeken. Hiervoor bevinden zich aan de in- en uitlaatzijde van het metaalhydridevat drukregelaars uit de IN-PRESS-flowmeterserie die verbonden zijn met Vary-P-ventielen. De parallelle klep aan de uitlaatzijde is een kogelafsluiter die wordt gebruikt om de druk te verlagen naar atmosferische druk. 

Het PROFIBUS-DP-protocol wordt gebruikt voor de communicatie tussen de Bronkhorst-apparaten en het regelgedeelte van de installatie om de instelpunten in te stellen en de gemeten parameters in een later stadium uit te lezen voor analysedoeleinden.
De hele installatie voldoet aan de ATEX zone 2-vereisten.
 

Flowschema Waterstofopslag in metaalhydride
Flowschema

Het onderzoek is er met name op gericht de druk te verlagen, waardoor het behandelen van waterstof veel veiliger wordt. In deze onderzoeksomgeving wordt gebruik gemaakt van drukwaarden tot 100 bar, terwijl normaliter wordt gewerkt met een werkdruk van 30 bar. De opslag van waterstof is een exotherm proces waarbij de gegenereerde warmte moet worden afgevoerd. De vrijgavereactie is daarentegen endotherm, wat betekent dat waterstof alleen vrijkomt als er voldoende warmte wordt geleverd. Dit zorgt voor een per definitie veilige opname van het waterstofgas in de metaalhydrideverbinding.

De referentievariabele voor het onderzoek is doorgaans de druk. Aan de inlaatzijde van het metaalhydridevat fungeren de drukregelaar en de massflow controller samen als flowdrukregelaar. Wanneer de waterstof wordt toegevoerd, worden de kleppen aan de uitlaatzijde gesloten en begint de opslag van de waterstof. Wanneer de waterstof wordt vrijgegeven, wordt de inlaatzijde gesloten en worden de kleppen aan de uitlaatzijde geopend. Een compleet experiment is een sequentieel proces: eerst wordt de waterstof toegevoerd, en vervolgens wordt gecontroleerd hoeveel er onder bepaalde omstandigheden kan worden geladen en hoe stabiel de toegevoerde waterstof in het metaalhydride is, en hoe reproduceerbaar dit proces kan worden uitgevoerd. Bij vrijgave van de waterstof wordt onderzocht hoeveel waterstof onder bepaalde omstandigheden kan worden verwijderd.

Ook hier draait het om stabiliteit en reproduceerbaarheid in het vrijgaveproces. 
 

Vraag advies Meer waterstof applicaties

Hydrogen storage in metal hydride using flow meters
Source: DLR Stuttgart - Institut für Technische Thermodynamik


Hebt u advies nodig over flowmeters voor waterstofopslag in metaalhydride? Neem contact met ons op

Waar heeft u een vraag over?
Ondervindt u problemen bij het invullen van dit formulier? Neem dan contact met ons op via e-mail (info@bronkhorst.com).

Bronkhorst NEDERLAND

Lunet 10c
3905 NW Veenendaal
Tel. +31 (0)318 55 12 80
info@bronkhorst.nl

Copyright © 2021 Bronkhorst. All rights reserved.     Sitemap     Disclaimer     Privacy note