Hidrojenin elektrik, ısı ve mobilite alanları üzerindeki muhtemel etkisi nedeniyle enerji piyasası büyük bir geçiş aşamasıyla karşı karşıya kalmış durumda. Hidrojen, kimya ve çelik sektörlerindeki işlemlerde de kullanılabiliyor ve rafinerilerdeki CO2 emisyonlarını önemli ölçüde azaltabiliyor. Bu ortamlarda belirli güçlüklerle başa çıkmak için gelişmiş vanalara ihtiyaç duyulurken; vana endüstrisi zaten bununla başa çıkmak için yola çıktı.
Bazı ülkeler hidrojen kullanımı için rotayı belirlemiş durumdalar: Örneğin Almanya, potansiyelini fark etti ve yaklaşık iki yıl önce, sübvansiyonlar da sağlayarak Ulusal Hidrojen Stratejisi’ni yapılandırdı. Bu stratejiler, aynı zamanda çevrenin korunmasına da katkıda bulunabiliyor. Konuyla ilgili Alman Eğitim ve Araştırma Bakanlığı, “Esnek enerji taşıyıcıları, enerji geçişi için vazgeçilmezdir ve Alman şirketleri için yeni piyasaların önünü açar” açıklamasını yaptı. Almanya bu adımı atarken, hidrojenin üretimi, nakliyesi, depolanması, dağıtımı ve kullanımı hakkında uluslararası çalışmalar dahil olmak üzere sistematik bir yaklaşım izliyor.
Yeşil hidrojen üretmek için elektrikten gaza santrallere ihtiyaç var: Bu santrallerde elektrik ve sudan elektroliz yoluyla hidrojen üretmek için rüzgar ve güneş enerjisi kullanılıyor. Almanya, İskandinav ülkeleri, İsviçre, Avusturya, Fransa, İtalya ve Macaristan gibi Avrupa ülkelerinde elektrikten gaza santraller halihazırda faaliyette. Küresel ölçekte bu bitkiler Çin, Kanada, Arjantin ve diğer ülkelerde de kullanılıyor.
Zorlu bir ortam
Elektroliz sadece hidrojen değil aynı zamanda oksijen de elde edildiği için işlemler özel zorluk taşıyor. Konuyla ilgili Hartmann Valves, “Her ikisi de ilgili vanalar ve malzemeleri için tamamen farklı gereksinimlere sahip çok zorlu ortamlardır” açıklamasını yapıyor. Enerjiden gaza santrallerde kullanılan hidrojen vanaları için gereksinimler diğer gaz uygulamalarıyla karşılaştırılabilir.
Doğru malzeme seçimi, özellikle hidrojen gevrekliğini önlemek için çok önemlidir. Uzun vadede vanaların küçük moleküllü hidrojene karşı sızdırmazlığını güvence altına almak için tasarım mühendisliği ile alınacak önlemler önem taşıyor. Bu nedenle Hartmann Valves, tesislerdeki güvenliği gerektiğinde daha da artırmak için basınç yönünde birden fazla bariyeri bulunan, uzun hizmet ömrüne sahip gaz geçirmez metal yataklı küresel vanalar sunuyor. Mutlak kesinlik ve güvenlik için malzeme uygunluk testleri ve hidrojen emisyon testleri gereklidir. Bunlar, tesis operatörüne daha sonra kullanılacak hidrojen ortamıyla ilgili gerçek emisyonları tahmin edebilme konusunda ek güvenlik sağlıyor.
Hidrojen, ortama karşı hava geçirmez şekilde kapatılmış mağaralarda saklanabilir. Hartmann Valves, kuyu başlıklarının yer üstü tesisleri ile yer altı depolama arasındaki arayüzde kullanıldığını açıklıyor. Kuyu başlıklarına ek olarak, boru hatları ve kompresör istasyonları için küresel vanalar kullanılır.
Patlamaya yol açabilecek yoğunlaşmadan kaçınma
Ayrıca Waldemar Pruss Armaturenfabrik, tamamen hidrojen vanalarına bağlı güçlüklerle başa çıkmaya odaklanıyor. Yüksek düzeyde yüklü basınç taşıyan bileşenler için özel bir risk, hidrojen kırılganlığıdır. Bu, hidrojenin metal kafese temas etmesinden kaynaklanan ve çatlak oluşumuna yol açan bir malzeme yorgunluğudur. Şirket bunun ciddiye alınması gereken bir risk olduğunun altını çiziyor. Hidrojen aynı zamanda en düşük yoğunluğa sahip kimyasal elementtir ve malzemeler arasında nispeten daha kolay yayılır. Waldemar Pruss, “Bunu önlemek için mil ve mahfaza contalarına özel çözümler gerektiğini” belirtiyor. Hidrojenin kokusuz ve tatsız olmasının konsantrasyonuna bağlı olarak da ortam havasıyla patlayıcı şekilde reaksiyona girebilmesi nedeniyle özel dikkat gösterilmesini öneren şirket, “Bu nedenle malzemeleri seçerken sertlik değerlerini, patlayıcı dekompresyon ve süneklik açısından kullanıma uygunluklarını kontrol etmeye büyük özen gösteriyoruz” açıklamasını yapıyor.
Yuvarlak sızdırmazlık yuvaları
Müller Quadax, mutlak sızdırmazlığı sağlamak için valflerinde 4 katlı eksantrik yapı prensibi ile çalışıyor. Kelebek vanalar, çevresinde tek tip duvar kalınlığında yuvarlak sızdırmazlık yuvalarına sahiptir. Firma, “Tasarım, eliptik sızdırmazlık yuvasına sahip yaygın üçlü eksantrik tasarımlardan önemli ölçüde farklıdır. Malzeme genleşmelerinin yüksek sıcaklık dalgalanmaları nedeniyle tüm sızdırmazlık yüzeyi üzerinde homojen bir etkiye sahip olduğunu ve bu sayede optimum sızdırmazlık sağladığını” açıklıyor. Ayrıca Quadax® H2 Valfi, bu aşırı düşük sıcaklıklarda bile mükemmel şekilde çalışan malzemeden yapılmış özel bir sızdırmazlık halkası ile donatılmış yapıda.
Hidrojen dolum istasyonlarında emniyet vanaları
Goetze KG, elektrolizör üreticileri için yüksek basınçlı emniyet vanalarının yanı sıra hidrojen dolum istasyonları için emniyet vanalarının da tedarikini yapıyor. Enerji şebekesi ve endüstriye sunduğu mobilite de şirketin diğer odak noktasını oluşturuyor. Goetze, hidrojen teknolojisi ve tedarik güvenliğinde, Çinli ve İspanyol santrallerinden 1000 Bar’a kadar basınç için olan vana tedarikinde uluslararası ölçekte artan bir talep görüyor. Çin, bunun üzerinde özellikle duruyor. Dünyanın en büyük hidrojen dolum istasyonu da geçen yıl Pekin’de inşa edildi. Goetze, “Sekiz hidrojen yakıt pompası günlük olarak 600 araca yakıt ikmali yapmaya hazır. Bu, 200.000 metrekarelik bir hidrojen parkına yerleştirilmiş 5 tona kadar üretim kapasitesine sahip büyük hacim sayesinde mümkündür” açıklamasını yapıyor.
Teknik Güçlükler
Hidrojen dolum istasyonları için teknik gereksinimlerin geleneksel olanlardan daha yüksek olduğunu vurgulayan Herose, “Bu istasyonlarda gaz, düşük basınçlı depolama tanklarında yaklaşık 20 Bar’da depolanıyor. Ancak otomobil yakıt depolarında, gerekli enerji yoğunluğu nedeniyle hidrojenin önemli ölçüde daha fazla sıkıştırılması gerekir. Kompresörler gazı önce 1000 Bar’a kadar sıkıştırır ve ardından geçici olarak yüksek basınçlı tanklarda depolar. Yakıt ikmali sırasında gazın fazla ısınmasını önlemek için bir ön soğutucudan geçiyor. Yakıt doldurma işlemi elektronik olarak kontrol ediliyor ve depodaki basınç 700 Bar’da düzenleniyor. Basınç beklenmedik bir şekilde düşerse, emniyet vanası açılır ve fazla basıncın engellenmeden atmosfere kaçmasına olanak tanınır. Hidrojen havadan 13 kat daha hafif olduğu için yukarı kaçar ve tehlikeli değildir. Benzin istasyonu depolama tanklarından araba yakıt tanklarına geçiş için en yüksek güvenlik standartlarına sahip vanalar gereklidir” açıklamasını yapıyor.
Gelecekteki hidrojen kullanımı nasıl görünüyor?
Fraunhofer IFF’nin görüşüne göre, “sistematik olarak entegre hidrojen üretimi” değerli bir kavramdır. Sadece elektroliz sırasında üretilen hidrojen değil, oksijen de kullanılacaktır; yani kaynak veya kanalizasyon arıtma tesislerinin ozonlanması işlemleri de devreye alınacaktır. Fraunhofer IFF, “İlaçlar, pestisitler ve kozmetikler gibi sorunlu mikro kirleticiler, ozon eklenerek atık sudan çıkarılabilir” açıklamasını yapıyor. Diğer bir olası kullanım, oksijenin biyogaz tesislerinin kükürtten arındırılması için kullanılabileceği tarım sahasıdır. Bunlar umut veren, beklentileri artıran kullanım alanlarıdır.
