作者：維薩拉高級戰略和業務發展經理Anu Pulkkinen

 

作為推動綠色能源轉型的關鍵因素，氫展現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的工業領域。本文意在探討氫經濟的現狀，并著重強調可靠測量對于推動綠色轉型的重要性。

 

氫經濟旨在通過利用氫能源，助力交通運輸、航運航空、重工業等難以實現電氣化的經濟領域實現脫碳。根據生產方式的差異，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，灰氫在生產過程中產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。

 

在推動氫經濟的發展過程中，藍氫和綠氫將發揮越來越重要的作用。

 

氫能源對于全球能源轉型至關重要

 

隨著生產技術的持續進步和應用場景的不斷拓展，氫經濟正迅速崛起。氫能源已廣泛用作煉油、氨和甲醇生產等過程中的原料或燃料，并在制鋼過程中充當還原劑。這些行業都在向更清潔的綠氫能源轉型，這一轉變有望大幅減少排放。

 

在燃料電池領域，氫能源也展現出了巨大的潛力，不僅能夠為公交車和卡車提供動力，還可用作發電過程中的儲能介質和能源來源。此外，對于航運和航空這兩個難以脫碳的行業而言，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型中扮演著至關重要的角色，有望引領我們走向更加綠色、可持續的未來。

 

為何可靠的測量對于氫經濟至關重要

 

在氫能源的生產、儲存、運輸和應用全鏈條中，濕度、二氧化碳和甲烷等參數的精準測量顯得尤為關鍵。

 

維薩拉始終以全局視角對待脫碳問題，包括流程優化、碳捕獲、利用和儲存（CCUS）、電氣化以及新技術和功能改進等方面。而維薩拉用于測量這些參數的儀表，可提供穩定、實時的在線測量數據，無需依賴人工采樣，確保用戶能夠準確了解氫能源系統的運行狀態，從而做出更為科學和合理的決策。

 

這些測量儀表不僅響應迅速，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將直流信號（4-20 mA）和現場總線（Modbus）發送到工廠的自動化系統，無需額外安裝軟件或硬件，實現了與現有系統的順暢對接。

 

值得一提的是，維薩拉儀表還具備強大的環境適應性，能夠在較大的溫度范圍內穩定工作，同時還提供防雨和防爆認證選項，使得其能夠在極具挑戰性的爆炸性環境中安全安裝。

 

以下是維薩拉技術在氫能源相關應用中的典型實例，充分展現了其技術的可靠性能與廣泛應用。

 

· 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，其質子交換機制使得濕度控制成為確保燃料電池穩定運行的關鍵要素。燃料電池的核心部件是聚合物電解質膜（PEM）——負責在陽極和陰極之間傳導質子。為了確保PEM的正常工作，必須嚴格控制反應氣體（陽極側的氫氣和陰極側的空氣）的濕度。

 

當濕度保持在適宜水平時，PEM能夠展現良好的質子電導率和低電阻特性，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。另一方面，過高的濕度則會對PEM造成機械損壞，導致電阻增大、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問世以來，維薩拉的技術一直在為其提供堅實支持。在汽車和造船行業等行業中，眾多頭部企業都在其燃料電池開發過程中采用了維薩拉的HUMICAP®技術。此外，芬蘭 VTT 技術研究中心在氫能源相關研究項目中，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，實現對過程氣體濕度的準確監測與有效控制。

 

此外，維薩拉儀表還可用于測量氫氣純化和生產過程中環境空氣的濕度水平，為整個氫能源產業鏈的濕度管理提供了全面的解決方案。這些技術的應用，不僅確保了燃料電池的穩定運行，也為氫經濟的健康發展提供了有力的技術支持，推動其邁向更加繁榮和可持續的未來。

 

· 測量CCUS應用中的CO₂和濕度

 

在全球碳中和進程中，碳捕獲、利用與儲存（CCUS）技術發揮著舉足輕重的作用。對于溫室氣體減排難度較大的行業而言，CCUS可能是他們實現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， CCUS技術的重要性更是不言而喻。

 

通過連續、在線測量傳入和傳出氣流中的CO₂濃度，可幫助捕獲CO₂的工廠實時監控其性能并優化工藝過程。此外，在研究和開發新的捕獲技術時，準確的CO₂和濕度測量同樣不可或缺。這些數據能夠為研究人員提供有關過程動力學和性能的寶貴洞察，從而推動技術的不斷進步。

 

以丹麥阿邁厄島的CopenHill垃圾焚燒發電廠為例，該廠采用維薩拉技術進行點源CO₂捕獲。該工廠每年能夠將560,000噸廢物轉化為電力、熱能和灰燼。在其碳捕獲過程中，維薩拉多氣體測量探頭MGP261發揮著關鍵作用，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綠色燃料和化學品，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展。

 

· 測量SOEC應用中的CO₂、甲烷和濕度

 

固體氧化物電解（SOEC）共電解技術通過利用CO₂、水和電能來生產氫氣和甲烷。盡管這項技術目前仍處于試驗階段，但其巨大的潛力已經引起了全球范圍內的廣泛關注。特別是在日本，預計SOEC將在該國到2050年實現90%可再生能源氣體轉型的過程中發揮重要作用。

 

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境的影響。

 

然而，要實現SOEC技術的高效運行，離不開精確的測量技術。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。它能夠實時測量原料（如CO₂、濕度）和產品（如甲烷）的濃度，從而為工藝過程的優化和效率提升提供有力支持。

 

工業測量是綠色轉型的重中之重

 

可再生能源和清潔能源生產是每個行業實現脫碳和綠色轉型的核心所在，而可靠測量對于助力實現轉型的創新技術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型加速貢獻力量。這些儀表不僅能夠實時提供可靠、穩定的濕度、二氧化碳和甲烷測量數據，更在氫經濟、碳捕獲、利用和儲存（CCUS）以及固體氧化物電解（SOEC）等綠色技術的應用提供了有力支持。

 

展望未來，我們期待與更多行業伙伴攜手共進，共同推動綠色轉型的深入發展。通過精準測量技術的不斷創新與應用，我們相信將能夠加速實現真正的可持續變革，為地球的未來貢獻更多綠色力量。

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