Metan-plasmalysör sparar pengar vid vätgasproduktionen

Processreglerventiler från Bürkert har redan påvisat tillförlitligheten i många olika vätgasapplikationer. Graforce använder dem t.ex. i metan-plasma-elektrolysörer,som alstrar vätgas och kol i fast form, med stort utbyte och jämförelsevis låga kostnader.

Vätgas har en enorm energipotential och förekommer inte endast i vatten. Det är en beståndsdel i många organiska och oorganiska bindningar i industriellt spillvatten, gödsel, konstgödsel och gaser. Graforce tillhandahåller plasma-elektrolysörer, som alstrar vätgas ur energirika kemiska bindningar i restmaterial – med avsevärt lägre produktionskostnader och högre utbyte.

Grön vätgas – energi för framtiden

Med sin höga energihalt är vätgas till stor hjälp vid energiomställningen och är ett ”grönt” alternativ, till bensin, diesel, m.m. Den kan förbrännas konventionellt, och även användas för elektrokemisk alstring av el och värme. Den energirika gasen kan användas för att driva fordon, skepp och t.o.m. flygplan. Inga luftburna partiklar, kväveoxider eller andra luftföroreningar avges, endast vattenånga.

CO₂-fri el- och värmealstring

Då vätgas alstras med elektrolys, alltså spjälkning av vatten till vätgas och syre genom elanvändning, blir dock produktionen energiintensiv och därmed dyr. ”Per kilo vätgas ligger kostnaden i genomsnitt på 6 till 9 euro”, säger Kai Dame, utvecklingsingenjör hos Graforce GmbH. ”Dock är vätgas mycket hårdare bundet i vatten än i andra kemiska bindningar. Därför behöver våra plasmalysörer avsevärt mindre energi, då de inte löser vätgasen ur vatten utan ur andra energirika kemiska bindningar. I t.ex. bio- och fossilgas är vätgasen endast svagt bunden. Då räcker det med 10 kWh energi för att utvinna 1 kg vätgas och 3 kg elementärt kol ur 4 kg bio- eller fossilgas. Kostnaden sjunker i genomsnitt till endast 1,5 till 3 euro per kilo vätgas.”

I Graforces metan-plasmalysörer alstras ett högfrekvent spänningsfält från sol- eller vindenergi, för att spalta upp metan i dess molekylära komponenter vätgas (H2) och kol (C). Varje plasmalysör-system har en kapacitet på upp till 500 kW resp. 550 Nm³ (normalkubikmeter) vätgas per timme och kan byggas ut modulärt. I kombination med ett vätgas-kraftvärmeverk eller en fastoxid-bränslecell är det därmed möjligt att alstra värme och el CO₂-fritt. Det fasta kolet kan användas som industriellt material, t.ex. för tillverkning av stål, kolfiber och andra kolbaserade strukturer. Nära Linz i Österrike togs t.ex. en sådan metan-plasmalysör i drift i april 2023 vid en grottlagring.

Anläggningens kärnkomponenter är två reaktorer i vilka metanets plasmalytiska spjälkning äger rum. Dessutom har anläggningen en avskiljningsanordning för att separera båda produktflödena vätgas och fast kol, anordningar för att återvinna processvärmen samt en buffertlagring för den alstrade vätgasen. Vid ett tryck på 500 mbar leds den till en kompressorstation och komprimeras då till ett tryck på 25 bar. Den ca 25 m höga anläggningen är integrerad i operatörens totalanläggning via gränssnitt för styrteknik, medieflöde och tryckluft och producerar 50 kg vätgas i timmen.

I Graforces metan-plasmalysörer alstra sol- och vindenergi ett högfrekvent spänningsfält för att spjälka vätgas (H2) och kol (C) i dess molekylära komponenter.

Vätgasresistenta processarmaturer

Det krävs många processarmaturer för att metan-plasmalys-anläggningen ska kunna producera vätgas och kol säkert och i en hög kvalitet. Vätgasanvändningar innebär dock höga krav, då väteatomen är den lättaste och därmed mycket flyktig. Dessutom är vätgas en brännbar och potentiellt explosiv gas, vilket innebär att alla komponenter som kommer i kontakt med den måste uppfylla höga täthetskrav. Till på köpet har den en obekväm egenskap att diffundera i metaller och därmed ändra materialegenskaperna. Följden kan bli försprödning och korrosion.

Startup-företaget från Berlin hittade vad de letade efter i Bürkerts produktportfölj. I plasmalys-anläggningen sitter idag knappt 50 processventiler i DN 15 till DN 65 med pneumatiska drivningar,t.ex. de pneumatiska sned- och raksätes-ventilerna (typ 2000 och typ 2012) på vätgas- och kolsegmenten. Med den goda tillförlitligheten möjliggör de långa ståtider vid minimalt tryckfall. Vid reaktorerna används processreglersystem med lägesregulatorer av typ 8802 samt kulventiler med pneumatisk roterande servomotor (typ 8805).

Ca 50 processventiler används på vätgas- och kolsegmenten. Vid reaktorerna används processreglersystem med lägesregulatorer samt kulventiler med pneumatisk roterande servomotor.

Aktiveringen övertar ventilöarna av typ 8652 AirLINE. ”Tack vare de kompakta måtten gick de bra att montera in i kopplingsskåpen, i omedelbar närhet till processen”, lägger Dame till. Bürkert hade även kunnat leverera passande kopplingsskåp, men Graforce valde ett självbygge. ”Vid våra anläggningar vill vi hålla så mycket så mycket under egen kontroll, kanske använder vi den här möjligheten i ett senare projekt”, lägger Dame till.

Korta kommunikationsvägar och snabb leverans

Det var flera orsaker som bidrog till valet av Bürkerts processreglerventiler. Bürkert har gedigna expertkunskaper vad gäller vätgasanvändningar och de använda materialen klarar de särskilda kraven för det här användningsområdet. Vi behöver inte oroa oss för försprödningar och läckage.

Nu använder Graforce Bürkert-ventiler i en ytterligare anläggning. En spillvatten-plasmalysör som redan varit i drift en längre tid har omrustats med magnetventiler med dubbel spole och Kick-and-Drop-elektronik för att reducera spillvärmen och strömförbrukningen. Här överexciteras först spolen med en hög spänningsimpuls för att alstra den höga åtdragningskraft som krävs för att öppna ventilen. Efter några millisekunder kopplar elektroniken som är pressad på spolen till en energibesparande hålldrift. Det gör att ventilerna förbrukar upp till 80 % mindre energi än konventionella lösningar.