Thermo Fisher Scientific and CPH2 team up to give renewable hydrogen production the green light

Význam tématu

Green hydrogen představuje klíčovou složku přechodu k nízkouhlíkové energetice, protože jeho produkce z obnovitelných zdrojů umožní nahradit fosilní paliva v průmyslu, dopravě i energetice. Přesun k vodíku vyžaduje spolehlivou infrastrukturu a přesné analytické metody pro ověření čistoty produktů; zejména u palivových článků jsou předepsané přísné limity nečistot, které vyžadují vysokou analytickou přesnost.

Cíle a přehled studie

Cílem případové studie je popsat partnerství mezi společnostmi Thermo Fisher Scientific a Clean Power Hydrogen (CPH2) při zavedení vysoce přesné hmotnostní spektrometrie (MS) pro kontrolu kvality zeleného vodíku vyráběného pomocí membránově volné elektrolyticko-cryogenní technologie. Studie demonstruje, jak zvýšená analytická přesnost umožnila CPH2 potvrdit deklarovanou čistotu produktu, optimalizovat výrobní procesy a zavést systém certifikace vyrobených ISO jednotek.

Použitá metodika a instrumentace

CPH2 vyrábí samostatné ISO jednotky pro výrobu kyslíku a vodíku pomocí membránově volné elektrolyticko-cryogenní separace. Pro ověření čistoty plynů byla použita hmotnostní spektrometrie Thermo Scientific Prima PRO Process Mass Spectrometer. Klíčné rysy metodiky a instrumentace:

• Simultánní měření více plynů na několika bodech procesu jedním přístrojem.
• Magnetový sektor v hmotnostním spektrometru pro zvýšenou přesnost a stabilitu měření.
• Kalibrace a používání přístroje pro R&D i pro závěrečné testy před expedicí (factory acceptance testing) každé ISO jednotky.

Hlavní výsledky a diskuse

• Přechod z běžných plynových analyzátorů s přesností ±2 % na Prima PRO přinesl zlepšení přesnosti měření nečistot v rozsahu ±0,1 %.
• Pomocí Prima PRO CPH2 potvrdila, že její proces dokáže vyrábět vodík s čistotou 99,99 %; to dříve nebylo možné spolehlivě deklarovat pomocí starších analyzátorů.
• Zvýšená přesnost umožnila CPH2 kvantifikovat energetickou účinnost výroby (spotřebu elektrické energie na kg vodíku) a lépe odhadnout parametry provozu a výkonnost jednotek.
• Implementace jedné pokročilé MS platformy snížila složitost analytického vybavení, zjednodušila testování a umožnila vystavování certifikátů přesných hladin nečistot zákazníkům.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšení důvěry zákazníků díky přesným certifikátům čistoty, což je zásadní pro výrobce palivových článků v souladu s ISO specifikacemi.
• Možnost provádět komplexní měření na více bodech procesu s jedním přístrojem šetří prostor a zjednodušuje logistiku a údržbu analytiky.
• Vylepšené informace o energetické účinnosti umožňují optimalizovat spotřebu elektřiny a snižovat náklady na výrobu zeleného vodíku.
• Standardizované fáze závěrečného testování (factory acceptance testing) zvyšují opakovatelnost a reprodukovatelnost výsledků mezi vyrobenými jednotkami.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rostoucí poptávka po zeleném vodíku povede k širšímu nasazení pokročilých analytických platforem v průmyslové měřítku pro kontrolu kvality a optimalizaci procesů.
• Integrace MS do průmyslové automatizace a online monitoringu umožní reálné časy odezvy a automatizované řízení provozních parametrů pro zvýšení efektivity.
• Další zlepšení citlivosti a selektivity přístrojů (včetně miniaturizace a snížení provozních nákladů) rozšíří použití do menších mobilních a modulárních jednotek pro distribuovanou výrobu vodíku.
• Standardizace protokolů měření a certifikace napříč odvětvím podpoří širší adopci vodíkových technologií v dodavatelských řetězcích a energetice.

Závěr

Nasazení vysoce přesné hmotnostní spektrometrie Prima PRO u CPH2 prokázalo, že přesná analytika je klíčová pro ověření kvality zeleného vodíku, optimalizaci výrobního procesu a zajištění důvěry zákazníků. Přesnost měření zlepšila interní metriky výkonnosti, umožnila opakovatelné certifikace produktů a zjednodušila laboratorní a závodní analytiku. Tento případ ilustruje, jak kombinace pokročilých elektrolytických procesů a robustního analytického zázemí může urychlit přechod k ekologičtější výrobě vodíku.

Použitá instrumentace

Thermo Scientific Prima PRO Process Mass Spectrometer s magnetovým sektorem pro vysokou přesnost měření více plynů současně. Přístroj byl využit pro R&D i pro factory acceptance testing vyrobených ISO jednotek.

Reference

1. European Commission. A hydrogen strategy for a climate‑neutral Europe. 2020. EUR-Lex – 52020DC0301.
2. International Organization for Standardization. ISO 14687:2019 Hydrogen fuel quality – Product specification (ISO 14687:2019).