Energetica. Abril 2022

Espectrometría de masas La tecnología de análisis patentada de V&F proporciona un análisis rápido y fiable asegurando el rendimiento de la pila de hidrógeno y la calidad del combustible TCA (TÉCNICAS DE CONTROL Y ANÁLISIS) U na de las tecnologías con más re- percusión en la reducción de emi- siones son las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), un elemento que permite la transfor- mación de combustible a electricidad con una alta eficiencia y además con cero emi- siones de carbono al medio ambiente. Las pilas de combustible PEM producen energía mediante un proceso electroquímico en el que intervienen el hidrógeno producido industrialmente y el oxígeno extraído del aire, de modo que los únicos subproductos gene- rados son el agua y el calor. En comparación con los vehículos que utilizan la combustión interna basada en combustibles fósiles, las pilas de combustible PEM son entre un 15% y un 25% más eficientes energéticamente. El desarrollo de las pilas de combustible es es- calable para poder satisfacer las necesidades precisas de energía de las distintas aplicacio- nes. Para conseguir pilas de combustible PEM de alto rendimiento, el proceso de desarrollo y producción, así como la calidad del com- bustible para su aplicación, se requiere la cuantificación de las impurezas que pueden reducir el rendimiento y la fiabilidad. Una de las principales tareas en el desarrollo depilasde combustiblees laminimizacióndel cruce de hidrógeno. El hidrógeno puede pa- sar a través de la membrana del ánodo al cá- todo y el oxígeno, el nitrógeno y los pequeños contaminantes moleculares del aire pasan en sentido inverso del cátodo al ánodo. Los productos de reacción resultantes como el agua pueden dar lugar a la degradación y los componentes moleculares pequeños como el CO y el NH3 son capaces de adsorberse a la superficie de la membrana o al catalizador, dando lugar a una reducción del rendimiento de la pila de combustible. Por tanto, el control continuo de los posibles contaminantes es vi- tal para optimizar el rendimiento de la pila de combustible PEM durante su desarrollo. Las concentraciones de hidrógeno superiores al 99,97% y las concentraciones de contaminan- tes a niveles de cientos ppm requieren equi- pos que cubran un amplio rango dinámico. El espectrómetro de masas PEMSense de V&F ofrece una solución a estos problemas, ya que es capaz de medir los componentes rele- vantes desde valores de ppmhasta el vol% en un rango de masas de 1-100 uma. A través de versátiles sistemas de entrada de gas, conec- tados a los suministros del ánodo y a las sali- das del cátodo de la pila de combustible PEM y con un rápido tiempo de respuesta (cátodo < 150 mseg, ánodo < 1seg) el hidrógeno y los posibles contaminantes se detectan en tiem- po casi real y son mostrados por el software del sistema. La monitorización continua del rendimiento durante el proceso de desarrollo facilita un ajuste oportuno de los parámetros relevantes para llegar a un resultado de pila de combustible PEM optimizado. Los desarrolladores y productores de pilas de combustible, así como los usuarios finales, de- penden de un suministro constante de hidró- geno de alta pureza. Los contaminantes pre- sentes en el combustible de hidrógenopueden causar problemasquepuedenderivar auna re- ducción del rendimiento de la pila de combus- tible o incluso a su deterioro. Las impurezas en el combustible de hidrógeno tienen su origen principalmente en el proceso de fabricación, pero su transporte o las estaciones de servicio pueden también afectar al proceso. La respon- sabilidad de la garantía de calidad recae en los proveedores (Directiva Europea 2014/94/UE) y está regulada por normas internacionales como la ISO14687:2019 y la SAE J2719_202003 la cual define los niveles máximos de impure- zas permitidos para una serie de compuestos. Para que el uso comercial sea viable, se prescri- ben niveles específicos para H 2 O, O 2 , He, N 2 , Ar, CO, CO 2 , TS, THC, HCHO, HCOOH, NH3 y com- puestos halogenados. Por lo tanto, es de vital importancia controlar la existencia y la concen- tración de diversos contaminantes potenciales durante la producción, el almacenamiento y el transporte. El analizador HydrogenSense de V&F es un espectrómetro de masas versátil que puede integrarse de forma sencilla en el proceso. Simplifica las mediciones en línea durante el proceso de purificación y el ValveBox de V&F permite analizar líneas individuales en rápida sucesión en las estaciones de llenado de hi- drógeno para botellas de lectura. Para garanti- zar la calidad, el software proporciona un Cer- tificado de Análisis (CoA) en el que se indican las concentraciones de todos los componen- tes medidos y un Certificado de Conformidad (CoC) conforme a las normas internacionales en el que pueden confiar los clientes y usua- rios finales ◉ hidrógeno 60 ENERGÉTICA XXI · 215 · ABR 22