作者：維薩拉高級戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Anu Pulkkinen
作為推動綠色能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵因素，氫展現(xiàn)出了巨大的潛力和令人矚目的前景，特別是在面臨電氣化挑戰(zhàn)的工業(yè)領(lǐng)域。本文意在探討氫經(jīng)濟的現(xiàn)狀，并著重強調(diào)可靠測量對于推動綠色轉(zhuǎn)型的重要性。
氫經(jīng)濟旨在通過利用氫能源，助力交通運輸、航運航空、重工業(yè)等難以實現(xiàn)電氣化的經(jīng)濟領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)脫碳。根據(jù)生產(chǎn)方式的差異，氫能源可細分為以下三種類型：
· 綠氫：通過電解水的方式，利用風能、太陽能等可再生能源產(chǎn)生的電力來制造,其碳排放可以達到凈零。
· 藍氫：以化石天然氣為原料，通過分解過程獲得氫氣和二氧化碳。在此過程中，二氧化碳被捕獲并儲存，或者進一步利用，從而減少了直接排放到大氣中的碳量。
· 灰氫：這是目前較為普遍的氫生產(chǎn)方式，與藍氫類似，也是通過分解化石天然氣來獲取氫氣。然而，不同的是，灰氫在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳并未被捕獲，而是直接釋放到大氣中，對氣候造成負面影響。
在推動氫經(jīng)濟的發(fā)展過程中，藍氫和綠氫將發(fā)揮越來越重要的作用。
氫能源對于全球能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要
隨著生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)進步和應(yīng)用場景的不斷拓展，氫經(jīng)濟正迅速崛起。氫能源已廣泛用作煉油、氨和甲醇生產(chǎn)等過程中的原料或燃料，并在制鋼過程中充當還原劑。這些行業(yè)都在向更清潔的綠氫能源轉(zhuǎn)型，這一轉(zhuǎn)變有望大幅減少排放。
在燃料電池領(lǐng)域，氫能源也展現(xiàn)出了巨大的潛力，不僅能夠為公交車和卡車提供動力，還可用作發(fā)電過程中的儲能介質(zhì)和能源來源。此外，對于航運和航空這兩個難以脫碳的行業(yè)而言，氫能源及氫基燃料提供了極具潛力的低碳解決方案。
因此，氫能源在全球能源轉(zhuǎn)型中扮演著至關(guān)重要的角色，有望引領(lǐng)我們走向更加綠色、可持續(xù)的未來。
為何可靠的測量對于氫經(jīng)濟至關(guān)重要
在氫能源的生產(chǎn)、儲存、運輸和應(yīng)用全鏈條中，濕度、二氧化碳和甲烷等參數(shù)的精準測量顯得尤為關(guān)鍵。
維薩拉始終以全局視角對待脫碳問題，包括流程優(yōu)化、碳捕獲、利用和儲存（CCUS）、電氣化以及新技術(shù)和功能改進等方面。而維薩拉用于測量這些參數(shù)的儀表，可提供穩(wěn)定、實時的在線測量數(shù)據(jù)，無需依賴人工采樣，確保用戶能夠準確了解氫能源系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而做出更為科學(xué)和合理的決策。
這些測量儀表不僅響應(yīng)迅速，而且易于安裝和維護、校準周期長、無需更換移動部件或耗材，大幅降低了使用成本和維護難度。
此外，維薩拉測量探頭能夠?qū)⒅绷餍盘枺?-20 mA）和現(xiàn)場總線（Modbus）發(fā)送到工廠的自動化系統(tǒng)，無需額外安裝軟件或硬件，實現(xiàn)了與現(xiàn)有系統(tǒng)的順暢對接。
值得一提的是，維薩拉儀表還具備強大的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在較大的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，同時還提供防雨和防爆認證選項，使得其能夠在極具挑戰(zhàn)性的爆炸性環(huán)境中安全安裝。
以下是維薩拉技術(shù)在氫能源相關(guān)應(yīng)用中的典型實例，充分展現(xiàn)了其技術(shù)的可靠性能與廣泛應(yīng)用。
· 燃料電池的成功運行依賴于可靠的濕度測量
氫能源廣泛用于燃料電池，其質(zhì)子交換機制使得濕度控制成為確保燃料電池穩(wěn)定運行的關(guān)鍵要素。燃料電池的核心部件是聚合物電解質(zhì)膜（PEM）——負責在陽極和陰極之間傳導(dǎo)質(zhì)子。為了確保PEM的正常工作，必須嚴格控制反應(yīng)氣體（陽極側(cè)的氫氣和陰極側(cè)的空氣）的濕度。
當濕度保持在適宜水平時，PEM能夠展現(xiàn)良好的質(zhì)子電導(dǎo)率和低電阻特性，從而確保燃料電池的高效運行。然而，若濕度過低，PEM的導(dǎo)電性能將急劇下降，從而嚴重限制燃料電池的功率輸出能力，影響其性能表現(xiàn)。另一方面，過高的濕度則會對PEM造成機械損壞，導(dǎo)致電阻增大、電壓降低，進而影響燃料電池的整體效率和使用壽命。
自20世紀90年代初氫燃料電池技術(shù)問世以來，維薩拉的技術(shù)一直在為其提供堅實支持。在汽車和造船行業(yè)等行業(yè)中，眾多頭部企業(yè)都在其燃料電池開發(fā)過程中采用了維薩拉的HUMICAP®技術(shù)。此外，芬蘭 VTT 技術(shù)研究中心在氫能源相關(guān)研究項目中，也使用了維薩拉的濕度傳感器。在不斷探索低溫（PEM）和高溫（固體氧化物）燃料電池技術(shù)的過程中，VTT的專家們在燃料電池堆的前后安裝了維薩拉儀表，實現(xiàn)對過程氣體濕度的準確監(jiān)測與有效控制。
此外，維薩拉儀表還可用于測量氫氣純化和生產(chǎn)過程中環(huán)境空氣的濕度水平，為整個氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的濕度管理提供了全面的解決方案。這些技術(shù)的應(yīng)用，不僅確保了燃料電池的穩(wěn)定運行，也為氫經(jīng)濟的健康發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持，推動其邁向更加繁榮和可持續(xù)的未來。
· 測量CCUS應(yīng)用中的CO2和濕度
在全球碳中和進程中，碳捕獲、利用與儲存（CCUS）技術(shù)發(fā)揮著舉足輕重的作用。對于溫室氣體減排難度較大的行業(yè)而言，CCUS可能是他們實現(xiàn)脫碳目標的唯一途徑。特別是對于那些仍深度依賴化石燃料的能源密集型行業(yè)， CCUS技術(shù)的重要性更是不言而喻。
通過連續(xù)、在線測量傳入和傳出氣流中的CO2濃度，可幫助捕獲CO2的工廠實時監(jiān)控其性能并優(yōu)化工藝過程。此外，在研究和開發(fā)新的捕獲技術(shù)時，準確的CO2和濕度測量同樣不可或缺。這些數(shù)據(jù)能夠為研究人員提供有關(guān)過程動力學(xué)和性能的寶貴洞察，從而推動技術(shù)的不斷進步。
以丹麥阿邁厄島的CopenHill垃圾焚燒發(fā)電廠為例，該廠采用維薩拉技術(shù)進行點源CO2捕獲。該工廠每年能夠?qū)?60,000噸廢物轉(zhuǎn)化為電力、熱能和灰燼。在其碳捕獲過程中，維薩拉多氣體測量探頭MGP261發(fā)揮著關(guān)鍵作用，用來測量濕度和捕獲的 CO2濃度。
捕獲的CO2還可以與氫氣一起用來生產(chǎn)綠色燃料和化學(xué)品，這不僅有助于減少溫室氣體的排放，還能推動綠色能源的發(fā)展。
· 測量SOEC應(yīng)用中的CO2、甲烷和濕度
固體氧化物電解（SOEC）共電解技術(shù)通過利用CO2、水和電能來生產(chǎn)氫氣和甲烷。盡管這項技術(shù)目前仍處于試驗階段，但其巨大的潛力已經(jīng)引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。特別是在日本，預(yù)計SOEC將在該國到2050年實現(xiàn)90%可再生能源氣體轉(zhuǎn)型的過程中發(fā)揮重要作用。
在SOEC過程中，所使用的CO2捕獲來源廣泛，包括工業(yè)排放、大氣以及從沼氣提純生物甲烷的過程。值得一提的是，SOEC過程通常使用可再生能源，不需要貴金屬或稀土元素，這進一步減少了其對環(huán)境的影響。
然而，要實現(xiàn)SOEC技術(shù)的高效運行，離不開精確的測量技術(shù)。在碳捕獲過程中，準確測量CO2的濃度不僅有助于提高SOEC工藝過程的效率，還能減少溫室氣體排放。隨著監(jiān)管制度的日益嚴格，對測量精度的要求也越來越高。
在這一背景下，維薩拉甲烷、二氧化碳和濕度多氣體測量探頭MGP261脫穎而出，成為SOEC共電解工藝過程的理想選擇。它能夠?qū)崟r測量原料（如CO2、濕度）和產(chǎn)品（如甲烷）的濃度，從而為工藝過程的優(yōu)化和效率提升提供有力支持。
工業(yè)測量是綠色轉(zhuǎn)型的重中之重
可再生能源和清潔能源生產(chǎn)是每個行業(yè)實現(xiàn)脫碳和綠色轉(zhuǎn)型的核心所在，而可靠測量對于助力實現(xiàn)轉(zhuǎn)型的創(chuàng)新技術(shù)和工藝過程的作用不容小覷。
維薩拉以其可靠、準確的測量儀表為綠色轉(zhuǎn)型加速貢獻力量。這些儀表不僅能夠?qū)崟r提供可靠、穩(wěn)定的濕度、二氧化碳和甲烷測量數(shù)據(jù)，更在氫經(jīng)濟、碳捕獲、利用和儲存（CCUS）以及固體氧化物電解（SOEC）等綠色技術(shù)的應(yīng)用提供了有力支持。
展望未來，我們期待與更多行業(yè)伙伴攜手共進，共同推動綠色轉(zhuǎn)型的深入發(fā)展。通過精準測量技術(shù)的不斷創(chuàng)新與應(yīng)用，我們相信將能夠加速實現(xiàn)真正的可持續(xù)變革，為地球的未來貢獻更多綠色力量。
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