Electrólise de Hidrogénio

Actualmente, a tecnologia mais desenvolvida comercialmente disponível para produzir hidrogénio é a da electrólise. A electrólise é uma linha de acção optimista para a produção de hidrogénio sem carbono a partir de recursos renováveis e nucleares. A electrólise da água é a decomposição da água (_H2O) nos seus componentes básicos, hidrogénio (_H2) e oxigénio (_O2), através da passagem de corrente eléctrica. A água é uma fonte completa para a produção de hidrogénio e o único subproduto libertado durante o processo é o oxigénio. Este processo utiliza energia eléctrica que pode depois ser armazenada como energia química sob a forma de hidrogénio.

O que é o Processo?

Para produzir Hidrogénio, a Electrólise converte energia eléctrica em energia química através do armazenamento de electrões em ligações químicas estáveis. Tal como as células de combustível, os electrólitos são compostos por um ânodo e um cátodo separados por um electrólito aquoso de acordo com o tipo de material electrolítico envolvido e as espécies iónicas que conduz. O electrólito é uma parte obrigatória, uma vez que a água pura não tem a capacidade de transportar carga suficiente, uma vez que lhe faltam iões. No ânodo, a água é oxidada em oxigénio gasoso e iões de hidrogénio. Enquanto que no ânodo, a água é reduzida a gás de hidrogénio e iões de hidróxido. Actualmente, existem três tecnologias líderes de electrólise.

Electrólise Alcalina (AEL)

Esta tecnologia tem sido utilizada à escala industrial há mais de 100 anos. Os electrólitos alcalinos funcionam através do transporte de iões de hidróxido (OH-) através do electrólito do cátodo para o ânodo, sendo o hidrogénio gerado no lado do cátodo. Operando a 100°-150°C, os electrólitos utilizam uma solução alcalina líquida de hidróxido de sódio ou de potássio (KOH) como electrólito. Neste processo, o ânodo e o cátodo são separados utilizando um diafragma que impede a remisturada. No cátodo, a água é dividida para formar H2 e liberta aniões hidróxidos que passam através do diafragma para recombinar no ânodo onde o oxigénio é produzido. Uma vez que se trata de uma tecnologia bem estabelecida, o custo de produção é relativamente baixo, assim como proporciona uma estabilidade de longa duração. Contudo, tem um crossover em gases que possivelmente compromete o seu grau de pureza e requer a utilização de um electrólito líquido corrosivo.

Electrólitos de Membranas de Electrólitos Poliméricos (PEM)

Polymer Electrolyte Membrane é a mais recente tecnologia a ser utilizada comercialmente para a produção de hidrogénio. Num electrolisador PEM, o electrólito é um material plástico sólido de especialidade. Os electrolisadores PEM funcionam a 70°-90°C. Neste processo, a água reage no ânodo para formar oxigénio e iões de hidrogénio carregados positivamente (protões). Os electrões fluem através de um circuito externo e os iões de hidrogénio movem-se selectivamente através do PEM para o cátodo. No cátodo, os iões de hidrogénio combinam-se com os electrões do circuito externo para formar o gás hidrogénio. Em comparação com o AEL, há várias vantagens: a pureza do produto gás é elevada numa operação de carga parcial, o desenho do sistema é compacto e tem uma resposta rápida do sistema. No entanto, o custo dos componentes é elevado e a durabilidade é baixa.

Electrólise de Óxidos Sólidos (SOE)

Os electrolisadores AEL e PEM são conhecidos como Electrólisadores de Baixa Temperatura (LTE). No entanto, o Electróliser de Óxido Sólido (SOE) é conhecido como Electróliser de Alta-Temperatura (HTE). Esta tecnologia ainda se encontra em fase de desenvolvimento. Em SOE, o material cerâmico sólido é utilizado como electrólito que conduz iões de oxigénio carregados negativamente (_O2-) a temperaturas elevadas, gera hidrogénio de uma forma ligeiramente diferente. A uma temperatura de cerca de 700°-800°C, o vapor no cátodo combina com electrões do circuito externo para formar hidrogénio gasoso e iões de oxigénio carregados negativamente. Os iões de oxigénio passam através da membrana cerâmica sólida e reagem no ânodo para formar gás oxigénio e gerar electrões para o circuito externo. As vantagens desta tecnologia é que combina alta eficiência térmica e energética, assim como produz baixas emissões a um custo relativamente baixo. Embora, devido ao elevado calor e energia necessários, o tempo de arranque demore mais tempo.

Porque é que o Hidrogénio está a ser considerado como um combustível alternativo?

O hidrogénio é considerado um combustível alternativo ao abrigo da Lei da Política Energética de 1992. O hidrogénio produzido através da electrólise pode contribuir com zero emissões de gases com efeito de estufa, dependendo da fonte da electricidade utilizada. Esta tecnologia está a ser desenvolvida para trabalhar com opções de energia renovável (eólica, solar, hídrica, geotérmica) e nuclear para permitir praticamente zero emissões de gases com efeito de estufa e outras emissões poluentes. Embora, este tipo de produção requeira uma redução significativa dos custos para ser competitiva com vias mais maduras baseadas no carbono, tais como a reforma do gás natural. Existe potencial para sinergia com a produção de energia renovável. O combustível hidrogénio e a produção de energia eléctrica poderiam ser distribuídos e localizados em parques eólicos, permitindo assim flexibilidade para deslocar a produção de modo a melhor adequar a disponibilidade de recursos às necessidades operacionais do sistema e aos factores de mercado.

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Hidrogénio Azul - Uma visão geral

O que é o Hidrogénio?

O hidrogénio é uma das fontes de gás mais abundantes, contribuindo com cerca de 75% do gás do nosso sistema solar. O hidrogénio encontra-se em várias coisas, incluindo luz, água, ar, plantas e animais; no entanto, é frequentemente combinado com outros elementos. A combinação mais familiar é com o oxigénio para fazer água. O gás hidrogénio é um gás incolor, inodoro e insípido, que é mais leve que o ar. Como é muito mais leve do que o ar, isto significa que se eleva na nossa atmosfera, o que significa que não se encontra naturalmente ao nível do solo, mas sim que deve ser criado. Isto é feito separando-o de outros elementos e recolhendo o gás.

O que é o Hidrogénio Azul?

O hidrogénio azul tem sido descrito como "hidrogénio com baixo teor de carbono" devido ao Processo de Reforma a Vapor (SMR) que não requer a libertação de gases com efeito de estufa. O hidrogénio azul é produzido a partir de fontes de energia não renováveis quando o gás natural é dividido em hidrogénio e dióxido de carbono (_CO2) através do Processo de Reforma do Vapor de Metano (SMR) ou da Reforma Térmica Automática (ATR), o_CO2 é então capturado e armazenado. Este processo capta os gases com efeito de estufa, mitigando assim quaisquer impactos no ambiente. O SMR é o método mais comum de produção de hidrogénio a granel e contribui para a maior parte da produção mundial. Este método utiliza um reformador, que reage a vapor a uma temperatura e pressão elevadas com metano, bem como um catalisador de níquel resultando na produção de hidrogénio e monóxido de carbono. O monóxido de carbono é então combinado com mais vapor, resultando em mais hidrogénio e dióxido de carbono. O processo de 'captura' é completado através da utilização e armazenamento da captura de carbono (CCUS). Em alternativa, a reforma autotérmica utiliza oxigénio e dióxido de carbono ou vapor para reagir com o metano para formar hidrogénio. A desvantagem destes dois métodos é que produzem dióxido de carbono como subproduto, pelo que a captura e armazenamento de carbono (CCS) é essencial para capturar e armazenar este carbono.

A Escala de Produção de Hidrogénio

A tecnologia de reforma do gás natural hoje disponível presta-se ao fabrico industrial de hidrogénio em grande escala. Um reformador de metano de classe mundial pode produzir 200 milhões de pés cúbicos padrão (MSCF) de hidrogénio por dia. Esta é a quantidade equivalente de hidrogénio para suportar uma área industrial ou reabastecer 10.000 camiões. Aproximadamente 150 destes seriam necessários para substituir completamente o fornecimento de gás natural do Reino Unido, e utilizamos 2,1% do gás natural do mundo.

Produção à escala industrial de blue hidrogénio já é hoje possível, no entanto, melhorias na produção e eficiência levariam a uma maior redução dos custos. Na maioria dos países que produzem hidrogénio, blue hidrogénio está actualmente a ser produzido a um custo inferior ao verde, que ainda se encontra nas fases iniciais do seu desenvolvimento. Com as disposições adicionais da política de_CO2 e os incentivos ao hidrogénio, a procura de hidrogénio continuará a aumentar e com isso ganhará em tracção, embora actualmente exigem que ambas as tecnologias de produção de hidrogénio sejam plenamente utilizadas.

Vantagens do Hidrogénio Azul?

Ao produzir hidrogénio azul sem a necessidade de gerar electricidade necessária para a produção de hidrogénio verde, o hidrogénio azul poderia ajudar a conservar terrenos escassos, bem como acelerar a mudança para uma energia com baixo teor de carbono, sem obstáculos relacionados com as necessidades dos terrenos.

Actualmente, o hidrogénio azul é menos caro em comparação com o hidrogénio verde. Com estimativas gerais de produção de hidrogénio azul que custam cerca de $1,50 por kg ou menos quando se utiliza gás natural de custo mais baixo. Comparativamente, o hidrogénio verde custa hoje em dia mais do dobro dessa quantidade, com reduções que requerem melhorias significativas na electrólise e electricidade de muito baixo custo.

Desvantagens do Hidrogénio Azul?

Os preços do gás natural estão a aumentar. Os investigadores norte-americanos, ao analisarem o impacto ambiental durante todo o seu ciclo de vida do hidrogénio azul, descobriram que as emissões de metano produzidas quando o gás natural fóssil é extraído e queimado são muito inferiores ao hidrogénio azul. devido a eficiências de fabrico. Com mais metano a precisar de ser extraído a fim de produzir hidrogénio azul. Para além de necessitar de passar por reformadores, oleodutos e navios, o que representa mais oportunidades de fugas. Esta investigação indica que, actualmente, tornar o hidrogénio azul é 20% pior para o clima do que utilizar apenas gás fóssil.

O processo de fabrico do hidrogénio azul também requer muita energia. Para cada unidade de calor no gás natural no início do processo, apenas 70-75% desse calor potencial permanece no produto hidrogénio. Por outras palavras, se o hidrogénio for utilizado para aquecer um edifício, é necessário 25% mais gás natural para produzir hidrogénio azul do que se fosse utilizado directamente para aquecimento.

O Hidrogénio é o Futuro?

O potencial desta iniciativa poderá aumentar a utilização do hidrogénio, o que poderá ajudar a descarbonizar o sector industrial da zona. O hidrogénio seria fornecido aos clientes para ajudar a reduzir as emissões de aquecimento doméstico, processos industriais e transporte, e emissões de CO₂ seriam capturados e enviados para um local de armazenamento offshore seguro. Isto poderia também atrair investimentos significativos na comunidade, apoiar o emprego existente e estimular a criação de empregos locais. No final, para que a indústria do hidrogénio azul possa contribuir com um papel significativo na descarbonização, terá de construir e operar infra-estruturas que proporcionem todo o seu potencial de redução de emissões.

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O que precisa de saber sobre o Hidrogénio?

Os Perigos do Hidrogénio

Hidrogénio Verde - Uma visão geral

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Hidrogénio Verde - Uma visão geral

O que é o Hidrogénio?

O hidrogénio é uma das fontes de gás mais abundantes, contribuindo com cerca de 75% do gás do nosso sistema solar. O hidrogénio é encontrado em várias coisas, incluindo luz, água, ar, plantas e animais, no entanto, é frequentemente combinado com outros elementos. A combinação mais familiar é com o oxigénio para fazer água. O gás hidrogênio é um gás incolor, inodoro e sem sabor, que é mais leve que o ar. Como é muito mais leve do que o ar, isto significa que se eleva na nossa atmosfera, o que significa que não se encontra naturalmente ao nível do solo, mas sim que deve ser criado. Isto é feito separando-o de outros elementos e recolhendo o gás.

O que é o Hidrogénio Verde?

O hidrogénio verde é produzido utilizando electricidade para alimentar um electrolisador que separa o hidrogénio da molécula da água, produzindo oxigénio como subproduto. O excesso de electricidade pode ser utilizado por electrólise para criar gás hidrogênio que pode ser armazenado para o futuro. Essencialmente, se a electricidade utilizada para alimentar os electrolisadores tiver origem em fontes renováveis tais como eólica, solar ou hídrica, ou se tiver origem na energia nuclear - fissão ou fusão, então o hidrogénio produzido é verde, em que as únicas emissões de carbono são as que estão incorporadas na infra-estrutura de geração. Os electrólitos são a tecnologia mais significativa utilizada para sintetizar o combustível hidrogénio de carbono zero utilizando energia renovável, conhecido como hidrogénio verde. O hidrogénio verde e os derivados são uma solução essencial para a descarbonização dos sectores da indústria pesada e os peritos sugerem que constituirão até 25% do total da utilização final de energia numa economia net-zero.

Vantagens do Hidrogénio Verde

É 100% sustentável uma vez que não emite gases poluentes nem por combustão nem por produção. O hidrogénio pode ser facilmente armazenado, permitindo assim a sua utilização posterior para outros fins e/ou no momento da produção. O hidrogénio verde pode ser convertido em electricidade ou gás sintético e pode ser utilizado para diversos fins domésticos, comerciais, industriais ou de mobilidade. Além disso, o hidrogénio pode ser misturado com gás natural na proporção de até 20% sem modificação da infra-estrutura principal do gás ou dos aparelhos a gás.

Desvantagens do Hidrogénio Verde

Apesar de o hidrogénio ser 100% sustentável, actualmente, tem um custo elevado em relação aos combustíveis fósseis devido ao facto de a produção de energia renovável ser mais cara. A produção global de hidrogénio requer mais energia do que alguns outros combustíveis, portanto, a menos que a electricidade necessária para produzir hidrogénio seja proveniente de uma fonte renovável, todo o processo de produção pode ser contraproducente. Além disso, o hidrogénio é um gás altamente inflamável, pelo que são essenciais medidas de segurança extensivas para evitar fugas e explosões.

O que é A Catapulta Verde de Hidrogénio (GHC) e o que pretende alcançar?

Os membros da Catapulta do Hidrogénio Verde (GHC) são uma coligação de líderes com a ambição de expandir e fazer crescer o Desenvolvimento do Hidrogénio Verde. A partir de Novembro de 2021, anunciaram um compromisso de 45 GW de electrolisadores a serem desenvolvidos com financiamento garantido até 2026, com com comissionamento adicional específico para 2027. Esta é uma ambição muito maior, uma vez que o objectivo inicial estabelecido pela coligação aquando do seu lançamento em Dezembro de 2020 era de 25 GW. O hidrogénio verde tem sido visto como um elemento crítico na criação de um futuro energético sustentável, além de ser uma das maiores oportunidades de negócio nos últimos tempos. E tem sido dito ser a chave para permitir a descarbonização de sectores como a produção de aço, a navegação, e a aviação.

Porque é que o Hidrogénio é visto como um futuro mais limpo?

Vivemos num mundo em que um dos objectivos da sustentabilidade colectiva é descarbonizar o combustível que utilizamos até 2050. Para o conseguir, a descarbonização da produção de uma fonte de combustível significativa como o hidrogénio, dando origem ao hidrogénio verde, é uma das principais estratégias, uma vez que a produção de hidrogénio não verde é actualmente responsável por mais de 2% do total global de emissões de CO2. Durante a combustão, as ligações químicas são quebradas e os elementos constituintes combinados com o oxigénio. Tradicionalmente, o gás metano tem sido o gás natural de escolha com 85% das casas e 40% da electricidade do Reino Unido, dependendo do gás natural. O metano é um combustível mais limpo do que o carvão, contudo, quando é queimado, o dióxido de carbono é produzido como um produto residual que, ao entrar na atmosfera, começa a contribuir para as alterações climáticas. O gás de hidrogénio quando queimado produz apenas vapor de água como produto residual, o qual não tem potencial de aquecimento global.

O Governo do Reino Unido tem visto a utilização do hidrogénio como combustível e, consequentemente, as casas de hidrogénio como um caminho para um modo de vida mais verde, e estabeleceu uma meta para uma economia próspera de hidrogénio até 2030. Enquanto que o Japão, a Coreia do Sul e a China estão em vias de fazer progressos consideráveis no desenvolvimento da economia do hidrogénio, com metas estabelecidas para ultrapassar o Reino Unido até 2030. Do mesmo modo, a Comissão Europeia apresentou uma estratégia de hidrogénio na qual o hidrogénio poderia apoiar 24% da energia da Europa até 2050.

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O que precisa de saber sobre o Hidrogénio?

Os Perigos do Hidrogénio

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O que precisa de saber sobre o Hidrogénio?

O hidrogénio, juntamente com outras energias renováveis e o gás natural, tem um papel cada vez mais vital a desempenhar no panorama da energia limpa. O hidrogénio encontra-se em várias coisas, incluindo luz, água, ar, plantas e animais, contudo, é frequentemente combinado com outros produtos químicos, a combinação mais familiar é com o oxigénio para fazer água.

O que é o Hidrogénio e quais são os seus benefícios?

Historicamente, o Gás Hidrogénio tem sido utilizado como componente para combustível de foguetes, bem como em turbinas de gás para produzir electricidade ou para queimar para fazer funcionar motores de combustão para a produção de energia. Na Indústria do Petróleo e Gás, o excesso de hidrogénio proveniente da reforma catalítica da nafta tem sido utilizado como combustível para outras operações da unidade.

O Gás Hidrogénio é um gás incolor, inodoro e sem sabor que é mais leve que o ar. Como é mais leve que o ar, isto significa que flutua mais alto que a nossa atmosfera, o que significa que não é naturalmente encontrado, mas que deve ser criado. Isto é feito separando-o de outros elementos e recolhendo o vapor. A electrólise é completada pela recolha do líquido, geralmente água, e pela separação deste dos produtos químicos que se encontram no seu interior. Na água, as moléculas de hidrogénio e oxigénio separam-se deixando duas ligações de hidrogénio e uma ligação de oxigénio. Os átomos de hidrogénio formam um gás que é capturado e armazenado até ser necessário, os átomos de oxigénio são libertados para o ar, uma vez que não há mais utilização. O gás de hidrogénio que é produzido não deixa qualquer impacto prejudicial sobre o ambiente, levando muitos especialistas a acreditar que este é o futuro.

Porque é que o Hidrogénio é visto como um futuro mais limpo.

A fim de fazer da energia um combustível que é um químico é queimado. Este processo geralmente significa que as ligações químicas são quebradas e combinadas com oxigénio. Tradicionalmente, o gás metano tem sido o gás natural de escolha com 85% das casas e 40% da electricidade do Reino Unido, dependendo do gás. O metano era visto como um gás mais limpo em comparação com o carvão, contudo, quando o seu dióxido de carbono queimado é produzido como um produto residual, contribuindo assim para as alterações climáticas. O gás de hidrogénio quando queimado produz apenas vapor de água como um produto residual, sendo este já um recurso natural.

A diferença entre o hidrogénio azul e o hidrogénio verde.

O hidrogénio azul é produzido a partir de fontes de energia não renováveis, através de dois métodos, a vapor ou autotérmico. A reforma a vapor do metano é o método mais comum para a produção de hidrogénio a granel. Este método utiliza um reformador que produz vapor a alta temperatura e pressão, que é combinado com metano e um catalisador de níquel para produzir hidrogénio e monóxido de carbono. A reforma autotérmica utiliza o mesmo processo, mas com oxigénio e dióxido de carbono. Ambos os métodos produzem carbono como subproduto.

O hidrogénio verde é produzido utilizando electricidade para alimentar um electrolisador que separa o hidrogénio da molécula de água, produzindo oxigénio como subproduto. Também permite que o excesso de electricidade seja utilizado na electrólise para criar hidrogénio gasoso que pode ser armazenado para o futuro.

As características que o hidrogénio apresenta, estabeleceu uma precedência para o futuro da energia. O Governo do Reino Unido viu nisto um caminho para um modo de vida mais verde e estabeleceu uma meta para uma economia próspera de hidrogénio até 2030. Enquanto que o Japão, a Coreia do Sul e a China estão em vias de fazer progressos significativos no desenvolvimento do hidrogénio, com metas estabelecidas para igualar o Reino Unido para 2030. Do mesmo modo, a Comissão Europeia apresentou uma estratégia de hidrogénio na qual o hidrogénio poderia fornecer 24% da energia do mundo até 2050.

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Hidrogénio Verde - Uma visão geral

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Como o Hidrogénio está a ajudar as Indústrias do Gás e do Aço a Tornarem-se Verdes

O hidrogénio verde, proveniente tanto de fontes de baixo carbono como de energias renováveis, pode desempenhar um papel crucial na aproximação de uma empresa - ou de um país - à neutralidade de carbono. As aplicações comuns em que o hidrogénio verde pode ser utilizado incluem:

Células de combustível para veículos eléctricos
Como a mistura de hidrogénio em gás de gasoduto
Em refinarias de "aço verde" que queimam hidrogénio como fonte de calor em vez de carvão
Em navios porta-contentores alimentados por amoníaco líquido que é feito de hidrogénio
Em turbinas eléctricas movidas a hidrogénio que podem gerar electricidade em momentos de pico de procura

Este posto irá explorar a utilização de hidrogénio na mistura de gás de gasoduto e refinarias de aço verde.

Injecção de hidrogénio em condutas

Governos e empresas de serviços públicos de todo o mundo estão a explorar as possibilidades de injectar hidrogénio nas suas redes de gás natural, para reduzir o consumo de combustíveis fósseis e limitar as emissões. De facto, a injecção de hidrogénio em gasodutos figura agora nas estratégias nacionais de hidrogénio da UE, Austrália e Reino Unido, com a estratégia de hidrogénio da UE a especificar a introdução de hidrogénio nas redes nacionais de gás até 2050.

Do ponto de vista ambiental, adicionar hidrogénio ao gás natural tem o potencial de reduzir significativamente as emissões de gases com efeito de estufa, mas para o conseguir, o hidrogénio deve ser produzido a partir de fontes de energia com baixo teor de carbono e de energias renováveis. Por exemplo, o hidrogénio gerado a partir de electrólise, bio-resíduos ou fontes de combustíveis fósseis que utilizam a captura e armazenamento de carbono (CAC).

De forma semelhante, os países que aspiram a desenvolver uma economia verde de hidrogénio podem recorrer à injecção na rede para estimular o investimento e desenvolver novos mercados. Num esforço para dar início ao seu plano de hidrogénio renovável, a Austrália Ocidental planeia introduzir pelo menos 10% de hidrogénio renovável nos seus gasodutos e redes, e antecipar as metas do Estado no âmbito da sua estratégia de hidrogénio renovável de 2040 a 2030.

Numa base volumétrica, o hidrogénio tem uma densidade energética muito inferior à do gás natural, pelo que os utilizadores finais de um gás misturado exigiriam um volume mais elevado de gás para atingir o mesmo valor de aquecimento que os que utilizam gás natural puro. Em termos simples, uma mistura de 5% de hidrogénio por volume não se traduz directamente numa redução de 5% no consumo de combustível fóssil.

Existe algum risco de segurança na mistura de hidrogénio no nosso fornecimento de gás? Vamos examinar o risco:

O hidrogénio tem um LEL mais baixo que o gás natural, pelo que existe um risco mais elevado de gerar uma atmosfera inflamável com misturas de gás.
O hidrogénio tem menos energia de ignição do que o gás natural e uma ampla gama de inflamáveis (4% a 74% no ar), pelo que existe um maior risco de explosão
As moléculas de hidrogénio são pequenas e movem-se rapidamente, pelo que qualquer fuga de gás misturado se espalhará mais rapidamente e de forma mais ampla do que seria o caso do gás natural.

No Reino Unido, o aquecimento doméstico e industrial é responsável por metade do consumo de energia do país e por um terço das suas emissões de carbono. Desde 2019, está em curso o primeiro projeto do Reino Unido para injetar hidrogénio na rede de gás, com ensaios a decorrer na Universidade de Keele. O projeto HyDeploy visa injetar até 20% de hidrogénio e misturá-lo com o fornecimento de gás existente para aquecer blocos residenciais e campus sem alterar os aparelhos a gás ou as tubagens. Neste projeto, os detectores de gás e o analisador de gases de combustão da Crowcon estão a ser utilizados para identificar o impacto da mistura de hidrogénio em termos de deteção de fugas de gás. O analisador de gases de combustão Sprint Pro da Crowcon está a ser utilizado para avaliar a eficiência da caldeira.

O analisador de gases de combustão da Crowcon Sprint Pro é um analisador de gases de combustão de nível profissional, com características adaptadas às necessidades do profissional de AVAC, um design robusto, uma seleção completa de acessórios e uma garantia de 5 anos. Leia mais sobre o Sprint Pro aqui.

Hidrogénio na indústria do aço

A produção tradicional de ferro e aço é considerada um dos maiores emissores de poluentes ambientais, incluindo gases com efeito de estufa e poeiras finas. Os processos de produção de aço dependem fortemente dos combustíveis fósseis, sendo os produtos de carvão responsáveis por 78% destes. Assim, não é surpreendente que a indústria siderúrgica emita cerca de 10% de todos os processos globais - e das emissões de CO2 relacionadas com a energia.

O hidrogénio pode ser uma alternativa para as empresas siderúrgicas que procuram reduzir drasticamente as suas emissões de carbono. Vários produtores de aço na Alemanha e Coreia já estão a reduzir as emissões através de um método de produção de aço com redução de hidrogénio que utiliza hidrogénio, e não carvão, para produzir aço. Tradicionalmente, uma quantidade significativa de gás hidrogênio é produzida na produção de aço como um subproduto chamado gás de coque. Ao passar esse gás de coque por um processo chamado captura e armazenamento de carbono (CCS), as fábricas de aço podem produzir uma quantidade significativa de hidrogénio azul, que pode depois ser utilizado para controlar as temperaturas e evitar a oxidação durante a produção de aço.

Além disso, os fabricantes de aço estão a produzir produtos de aço especificamente para hidrogénio. Como parte da sua nova visão de se tornar uma empresa de hidrogénio verde, a siderúrgica coreana POSCO investiu fortemente no desenvolvimento de produtos de aço para utilização na produção, transporte, armazenamento e utilização de hidrogénio.

Com muitos perigos de gases inflamáveis e tóxicos presentes em fábricas de aço, é importante compreender a sensibilidade cruzada dos gases, porque uma falsa leitura de gás pode revelar-se fatal. Por exemplo, um alto-forno produz uma grande quantidade de gás quente, poeirento, tóxico e inflamável constituído por monóxido de carbono (CO) com algum hidrogénio. Os fabricantes de detecção de gás que têm experiência nestes ambientes estão bem familiarizados com a questão do hidrogénio que afecta os sensores electroquímicos de CO, e assim fornecem sensores filtrados a hidrogénio como padrão às instalações siderúrgicas.

Para saber mais sobre a sensibilidade cruzada, consulte por favor o nosso blogue. Os detectores de gás Crowcon são utilizados em muitas instalações siderúrgicas em todo o mundo, e pode saber mais sobre as soluções Crowcon na indústria siderúrgica aqui.

Referências:

A injecção de hidrogénio nas redes de gás natural poderia proporcionar uma procura constante que o sector necessita de desenvolver (S&P Global Platts, 19 de Maio de 2020)
Austrália Ocidental bombeia 22 milhões de dólares em plano de acção de hidrogénio (Power Engineering, 14 Set 2020)
Hidrogénio Verde em Gasodutos de Gás Natural: Solução de descarbonização ou Pipe Dream? (Green Tech Media, 20 Nov 2020)
Será que o hidrogénio pode ser utilizado nas infra-estruturas de gás natural? (Network Online, 17 Mar 2016)
Aço, Hidrogénio e Renováveis: Estranhos companheiros de cama? Talvez Não... (Forbes.com, 15 de Maio de 2020)
POSCO para Expandir a Produção de Hidrogénio para 5 Mil. Toneladas até 2050 (Business Korea, 14 Dez 202 0)http://https://www.crowcon.com/wp-content/uploads/2020/07/shutterstock_607164341-scaled.jpg

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Os Perigos do Hidrogénio

Como combustível, o hidrogénio é altamente inflamável e as fugas geram um sério risco de incêndio. No entanto, os incêndios com hidrogénio são marcadamente diferentes dos incêndios que envolvem outros combustíveis. Quando combustíveis mais pesados e hidrocarbonetos, como a gasolina ou o gasóleo, se acumulam perto do solo. Em contraste, o hidrogénio é um dos elementos mais leves do planeta, pelo que quando ocorre uma fuga, o gás dispersa-se rapidamente para cima. Isto torna a ignição menos provável, mas uma outra diferença é que o hidrogénio se inflama e queima mais facilmente do que a gasolina ou o gasóleo. De facto, mesmo uma faísca de electricidade estática do dedo de uma pessoa é suficiente para desencadear uma explosão quando o hidrogénio está disponível. A chama de hidrogénio é também invisível, pelo que é difícil identificar onde se encontra o verdadeiro "fogo", mas gera um baixo calor radiante devido à ausência de carbono e tende a queimar rapidamente.

O hidrogénio é inodoro, incolor e insípido, por isso as fugas são difíceis de detectar utilizando apenas os sentidos humanos. O hidrogénio não é tóxico, mas em ambientes interiores, como salas de armazenamento de baterias, pode acumular-se e causar asfixia através do deslocamento de oxigénio. Este perigo pode ser compensado em certa medida pela adição de odores ao combustível hidrogénio, dando-lhe um cheiro artificial e alertando os utilizadores em caso de fuga. Mas como o hidrogénio se dispersa rapidamente, é pouco provável que o odor viaje com ele. A fuga de hidrogénio dentro de casa recolhe-se rapidamente, inicialmente ao nível do tecto e eventualmente enche a sala. Por conseguinte, a colocação de detectores de gás é fundamental na detecção precoce de uma fuga.

O hidrogénio é geralmente armazenado e transportado em tanques de hidrogénio liquefeito. A última preocupação é que, por ser comprimido, o hidrogénio líquido é extremamente frio. Se o hidrogénio escapar do seu tanque e entrar em contacto com a pele, pode causar fortes queimaduras por congelamento, ou mesmo a perda das extremidades.

Qual é a melhor tecnologia de sensor para detectar hidrogénio?

Crowcon tem uma vasta gama de produtos para a detecção de hidrogénio. As tecnologias de sensores tradicionais para a detecção de gás inflamável são pellistors e infravermelhos (IR). Os sensores de gás Pellistor (também chamados sensores de gás de esferas catalíticas) têm sido a principal tecnologia para a detecção de gases inflamáveis desde os anos 60 e pode ler mais sobre sensores de pellistor na nossa página de soluções. No entanto, a sua principal desvantagem é que, em ambientes com pouco oxigénio, os sensores de pellistor não funcionarão correctamente e poderão mesmo falhar. Em algumas instalações, os pelistores estão em risco de serem envenenados ou inibidos, o que deixa os trabalhadores desprotegidos. Além disso, os sensores de pellistor não são à prova de falhas, e uma falha do sensor não será detectada a menos que seja aplicado gás de teste.

Os sensores de tipo infravermelho são uma forma fiável de detectar hidrocarbonetos inflamáveis em ambientes com pouco oxigénio. Não são susceptíveis de serem envenenados, pelo que os infravermelhos podem aumentar significativamente a segurança nestas condições. Leia mais sobre os sensores IR na nossa página de soluções, e as diferenças entre pelistores e sensores IR no blogue seguinte.

Tal como os pelistores são susceptíveis a envenenamento, os sensores IR são susceptíveis a choques mecânicos e térmicos graves e são também fortemente afectados por alterações de pressão brutas. Além disso, os sensores IR não podem ser utilizados para detectar hidrogénio. Assim, a melhor opção para a detecção de gás inflamável de hidrogénio é a tecnologia de sensor de espectrómetro de propriedade molecular (MPS™). Isto não requer calibração durante todo o ciclo de vida do sensor, e uma vez que o MPS detecta gases inflamáveis sem o risco de envenenamento ou falsos alarmes, pode poupar significativamente no custo total de propriedade e reduzir a interacção com unidades, resultando em paz de espírito e menos risco para os operadores. A detecção de gases do espectrómetro de propriedade molecular foi desenvolvida na Universidade de Nevada e é actualmente a única tecnologia de detecção de gases capaz de detectar vários gases inflamáveis, incluindo hidrogénio, simultaneamente, com grande precisão e com um único sensor.

Leia o nosso livro branco para saber mais sobre a nossa tecnologia de sensores MPS e, para obter mais informações sobre a deteção de gás hidrogénio, visite a nossa página do sector e consulte alguns dos nossos outros recursos sobre hidrogénio:

O que precisa de saber sobre o Hidrogénio?

Hidrogénio Verde - Uma visão geral

Hidrogénio azul - Uma visão geral

Xgard Bright MPS fornece deteção de hidrogénio em aplicações de armazenamento de energia

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Monitorização e Análise de Gases de Aterro

À medida que a reciclagem se torna mais comum, a utilização de aterros sanitários está a diminuir, mas continua a ser um meio importante de eliminação de resíduos. Por exemplo, os números de 2012-13 da Defra (departamento do ambiente, alimentação e assuntos rurais) para Inglaterra mostram que 8,51 milhões de toneladas, ou 33,9%, de resíduos recolhidos pelas autoridades locais foram para aterro.

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Calibração Cruzada de Pellistor (Chama Catalítica) Sensors‡

Depois da leviandade comparativa da semana passada, esta semana, estou a discutir algo bastante mais sério.

Quando se trata de detectar hidrocarbonetos, muitas vezes não temos um cilindro de gás alvo disponível para efectuar uma calibração directa, por isso usamos um gás de substituição e calibramos transversalmente. Isto é um problema porque o pellistor dá respostas relativas a diferentes gases inflamáveis a diferentes níveis. Assim, com uma pequena molécula de gás como o metano, um pellistor é mais sensível e dá uma leitura mais elevada do que um hidrocarboneto pesado como o querosene.

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