Metanplasmaanalysator sparer omkostninger ved brintproduktion
Procesreguleringsventiler sikrer sikker drift af anlægget – Samarbejde med Graforce GmbH
Procesreguleringsventiler fra Bürkert har allerede bevist deres værd i mange brintanvendelser. For eksempel bruger Graforce dem i metanplasmaelektrolysere, der producerer brint og fast kulstof med højt udbytte og forholdsvis lave omkostninger.
Brint har et enormt energipotentiale og findes ikke kun i vand. Det er en bestanddel af mange organiske og uorganiske forbindelser i industrielt spildevand, gødning, plast eller gasser. Graforce tilbyder plasmaelektrolysere, der producerer brint fra energirige kemiske forbindelser i affaldsmaterialer, med betydeligt lavere produktionsomkostninger og højere udbytte.
Grøn brint – fremtidens energi
På grund af sit høje energiindhold anses brint som en vigtig hjælp i energirevolutionen og som et "grønt" alternativ til benzin, diesel osv. Det kan ikke blot brændes direkte ved hjælp af konventionelle metoder, men kan også bruges til elektrokemisk produktion af elektricitet og varme. Den energitætte gas er velegnet til at drive køretøjer, skibe og endda fly. I stedet for partikler, nitrogenoxider og andre luftforurenende stoffer produceres der kun vanddamp som udstødningsgas.
CO2-fri produktion af el og varme
Men hvis brint opnås gennem elektrolyse, dvs. opdeling af vand i brint og ilt ved hjælp af elektricitet, er produktionen energiintensiv og derfor dyr. "De gennemsnitlige omkostninger pr. kg brint er 6 til 9 euro," fortæller Kai Dame, udviklingsingeniør hos Graforce GmbH. "Imidlertid er brint langt mere fast bundet i vand end i andre kemiske forbindelser. Vores plasmaanalysatorer kræver derfor betydeligt mindre energi, fordi de ikke skal fjerne brint fra vand, men fra andre energirige kemiske forbindelser. I bio- eller naturgas er brint for eksempel kun svagt bundet. Dermed kræves der kun 10 kWh energi til at opnå 1 kg brint og 3 kg elementært kulstof fra 4 kg organisk eller naturgas. Omkostningerne falder til et gennemsnit på kun 1,5 til 3 euro pr. kg brint."
Metanplasmaanalysatorer fra Graforce genererer et højfrekvent spændingsfelt fra sol- eller vindenergi for at nedbryde metan til dets molekylære komponenter brint (H2) og kulstof (C). Hvert plasmaanalysatorsystem har en kapacitet på op til 500 kW eller 550 Nm³ (standard kubikmeter) brint i timen og kan udvides modulært. I kombination med et brintbaseret kraftvarmeværk (kombineret varme- og kraftværk) eller en SOFC-brændselscelle (fastoxid-brændselscelle) bliver CO2-fri varme- og elproduktion således mulig. Det faste kulstof kan bruges som et industrielt råmateriale, for eksempel til fremstilling af stål, kulfibre og andre kulstofbaserede strukturer. I nærheden af Linz blev en sådan metanplasmaanalysator taget i brug på et underjordisk kernelager i april 2023.
Kernekomponenterne i anlægget er to reaktorer, hvor plasmalytisk fission af metan finder sted. Anlægget har også en separationsanordning til at adskille de to produktstrømme af brint og fast kulstof samt anordninger til genvinding af procesvarme og bufferlagring for det producerede brint. Dette leveres til en kompressorstation ved et tryk på 500 mbar og komprimeres derefter til et tryk på 25 bar. Det ca. 25 m høje anlæg er integreret i operatørens komplette anlæg via interfaces til styringsteknologi, mediestrøm og trykluft og producerer 50 kg brint i timen.
Metanplasmaanalysatorer fra Graforce genererer et højfrekvent spændingsfelt fra sol- eller vindenergi for at nedbryde metan til dets molekylære komponenter brint (H2) og kulstof (C).
Brintbestandige procesventiler
For at kunne producere brint og kulstof sikkert og af høj kvalitet i metanplasmaanalyseanlægget kræves en række procesventiler. Brintanvendelser er imidlertid krævende i denne sammenhæng, fordi brintatomet har den mindste masse og derfor er meget flygtigt. Da brint også er en brændbar og potentielt eksplosiv gas, skal alle komponenter, der kommer i kontakt med det, opfylde høje krav til tæthed. Derudover har den også den uhensigtsmæssige egenskab at diffundere ind i metaller og ændre materialegenskaberne. Dette kan resultere i skrøbelighed eller korrosion.
Den Berlin-baserede startup fandt, hvad de ledte efter, i Bürkerts produktportefølje. Plasmaanalyseanlægget anvender nu næsten 50 procesventiler med en indvendig diameter på DN 15 til DN 65 med pneumatiske aktuatorer, såsom pneumatiske skråventiler og ligesædede ventiler (type 2000 og type 2012) til brint- og kulstofledningerne. Takket være deres høje pålidelighed muliggør de lang levetid med minimalt trykfald. Reaktorerne bruger processtyringssystemer med stillingsregulatorer af type 8802 og kugleventiler med pneumatiske drejeaktuatorer (type 8805).
Der bruges er omkring 50 procesventiler på brint- og kulstofledningerne. Reaktorerne bruger processtyringssystemer med stillingsregulatorer og kugleventiler med pneumatiske drejeaktuatorer.
Aktiveringen leveres af ventiløer af type 8652 AirLINE. "Takket være deres kompakte mål var de nemme at installere i kontrolskabene i umiddelbar nærhed af processen", forklarer Dame. Bürkert kunne også have leveret passende kontrolskabe, men Graforce besluttede at bygge selv. "Vi ønsker at holde så meget som muligt af vores anlæg på egne hænder. Måske vil vi bruge denne mulighed senere på et andet projekt", fortæller Dame.
Korte kommunikationslinjer og hurtig levering
Der var flere grunde til at vælge Bürkerts procesreguleringsventiler. Bürkert har en masse knowhow inden for brintanvendelser, og de anvendte materialer opfylder de særlige krav til dette anvendelsesområde. Der er ingen grund til at bekymre sig om skrøbelighed eller lækage.
Graforce bruger nu også Bürkerts ventiler til et andet system. En plasmaanalysator til spildevand, som har været i drift i lang tid, er blevet omdannet til magnetventiler med dobbeltspoler og Kick-and-Drop-elektronik for at reducere spildvarme og strømforbrug. Her bliver spolen som udgangspunkt overspændt af en højspændingspuls for at generere den høje tilspændingskraft, der kræves for at åbne ventilen. Efter et par millisekunder skifter elektronikken integreret i den komprimerede spole til en energibesparende holdetilstand. Som et resultat forbruger ventilerne op til 80 % mindre energi end konventionelle løsninger.