Omdat klanten meer veiligheid, milieuvriendelijkheid, prestatie en efficiëntie verlangen, raken fabrikanten van mobiele bewerkingsmachines, vrachtwagens en bussen steeds geïnteresseerder in waterstof als brandstofbron. In waterstofvoertuigen moet het gas, voordat het de brandstofcel bereikt, in de H2-opslagtank met behulp van een reeks regelkleppen worden gereguleerd. Drukmeetinstrumenten spelen in dit proces een belangrijke rol. Standaard druksensoren zijn vanwege de gebruikte materialen echter niet allemaal geschikt voor waterstoftoepassingen. WIKA’s MH-3-HY is speciaal ontworpen voor voertuigen die gebruik maken van waterstofcellen. Bovendien beschikt dit instrument over de EC79/2009-goedkeuring.
In principe zijn waterstofvoertuigen veel schoner dan die met interne verbrandingsmotoren, omdat het bijproduct van de waterstof/zuurstof-mix slechts uit waterdamp bestaat. Nul emissie is vooral belangrijk voor voertuigen die binnen worden gebruikt – vorkheftrucks, schaarliften, trekkers, orderverzamelaars en transportvoertuigen – omdat bij verbrandingsmotoren gevaarlijke koolstofmonoxide, vluchtige organische deeltjes (VOC’s) en andere gevaarlijke bijproducten vrijkomen in de lucht. Zelfs als de voertuigen met de nieuwste emissiebeheersingssystemen zijn uitgerust.
Elektrische voertuigen met een accu zijn daarentegen schoon, hun voornaamste nadeel is echter hun beperkte bereik, waardoor ze vaak opgeladen moeten worden. Bovendien duurt elke laadcyclus enkele uren, wat betekent dat bedrijven lege accu’s van bijv. vorkheftrucks moeten vervangen door al opgeladen reserve-accu’s om hun machines productief te houden. Dit zorgt voor hoge logistieke kosten, omdat er een groot aantal van dergelijke reserve-accu’s nodig is en hun opslag een enorme hoeveelheid ruimte inneemt. Waterstofvoertuigen zijn echter in een paar minuten bijgetankt, en kunnen onmiddellijk weer worden ingezet. Dit zorgt voor efficiëntere logistiek met besparingen in de opslagcapaciteit.
Landen in Oost-Azië (vooral in Japan) en West-Europa zijn pioniers op het gebied van waterstofvoertuigen, waarbij andere landen ook steeds meer belang hechten aan dit onderwerp. Ons on-demand webinar biedt hier meer inzicht. Bovendien laat dit zien hoe WIKA u kan helpen bij het overwinnen van de uitdagingen die waterstoftoepassingen stellen. De focus is hier gericht op waterstof in het vervoer, inclusief tankstations.
Waterstoftoepassingen vereisen speciale druksensoren
Het samengeperste gas in waterstoftanks staat onder hoge druk: normaal gesproken rond de 350 bar voor commerciële voertuigen. Voordat de waterstof de brandstofcel bereikt om in energie te worden omgezet, moet de opgeslagen druk ervan worden verlaagd naar de werkdruk van de brandstofcel. Voor een betere controle en veiligheid wordt dit proces doorgaans in twee stappen uitgevoerd:
- Voordat de druk het systeem binnenkomt verlaagt een reduceerventiel in de buurt van de tank deze tot onder 20 bar.
- Een drukregelaar verlaagt de druk dan verder tot ca. 1 bar voordat deze de brandstofcelinjector binnenkomt.
Over het algemeen worden druksensoren aangebracht vóór en na het reduceerventiel. Dit zorgt ervoor dat de systeemdruk binnen veilige grenzen blijft. Indien de systeemdruk niet naar behoren wordt gereguleerd, blaast een overdrukventiel de waterstof in de buitenlucht. Indien de systeemdruk te laag wordt of de waterstoftank leeg is, heeft de brandstofcel niet meer genoeg druk om te werken en schakelt de machine uiteindelijk uit.
De druksensor moet wat betreft nauwkeurigheid en robuustheid voldoen aan de eisen van de toepassingen. H2-toepassingen vormen aldus een bijzondere uitdaging. Onder bepaalde omstandigheden ontbinden waterstofmoleculen op metalen oppervlakken. De waterstofatomen kunnen de kristalstructuur van vele metalen, inclusief roestvrij staal, gemakkelijk penetreren. Het diffusieproces versnelt bij hogere temperaturen en drukken. Dit wordt waterstofpermeatie genoemd, en dit kan twee dingen doen in een druksensor:
- Signaalafwijking: een verandering in de elektrische weerstand in de gevoelige structuren ervan leidt tot een signaalcompensatie.
- Waterstofbrosheid: metalen zijn ontvankelijker voor scheuren en breuken, d.w.z. mechanische schade
Om waterstofpermeatie te voorkomen kan een druksensor over een verguld membraan beschikken. Deze optie is doorgaans te duur voor de meeste waterstofvoertuigen. Een meer rendabele oplossing is het gebruik van een speciale legering die minder ontvankelijk is voor waterstofpermeatie en immuun is tegen waterstofbrosheid.
Robuuste druksensoren voor op waterstof aangedreven voertuigen
De MH-3 van WIKA is een bestaande OEM elektronische druksensor die geschikt is voor gebruik onder extreme omstandigheden. Hierop gebaseerd hebben we een versie ontwikkeld speciaal voor op waterstof aangedreven voertuigen. De MH-3-HY is net zo nauwkeurig, betrouwbaar en robuust als de MH-3, maar met een gelaste metalen dunnefilmsensor gemaakt van 2.4711 (Elgiloy®) en een kobalt-chroom-nikkel-molybdeenlegering met hoge vermoeiingssterkte en uitstekende corrosieweerstand. Deze druksensor heeft geen polymeerafdichtingen naar het medium en geen olievulling. Dit maakt hem ideaal voor gebruik in waterstoftoepassingen met een drukbereik van 20 tot 600 bar.
Vanwege zijn kenmerken beschikt de MH-3-HY over EU-goedkeuring EC79/2009 voor op waterstof aangedreven voertuigen. Dit maakt het voor OEM’s eenvoudiger om hun gehele waterstofsysteem te certificeren. Er moet echter opgemerkt worden dat deze goedkeuring in juli 2022 door de EU wordt ingetrokken. Bestaande EC79-certificaten blijven geldig, maar er worden op basis van deze richtlijn geen nieuwe certificaten verstrekt. Om op de hoogte te blijven vindt u in onze blog vanaf juli verdere informatie over dit onderwerp.
Bovendien wordt de productie van de MH-3-HY op een in hoge mate geautomatiseerde productielijn uitgevoerd, waardoor wij onze klanten in grote hoeveelheden van betrouwbare hoge kwaliteit kunnen voorzien. Ter vergelijking, andere fabrikanten maken gebruik van semi-geautomatiseerde of handmatige produktielijnen. We controleren ook elke sensor 100% aan het einde van de lijn, en voeren daarbij ook helium lektesten uit.
Uiteindelijk zijn steeds meer gemeenten en bedrijven geïnteresseerd in het verlagen van hun koolstofvoetafdruk zonder in te boeten aan prestatie en efficiëntie. Eén manier om dit te bereiken is door het gebruik van bussen en mobiele bewerkingsmachines op waterstof. Het uitgebreide assortiment van WIKA aan meetproducten draagt bij aan deze stap in de richting van een schonere toekomst.
Opmerking
Naast de MH-3-HY bieden we een breed scala aan drukomzetters, temperatuursensoren, vlotterschakelaars en overige accessoires voor waterstoftoepassingen – van productie, via distributie naar het eindgebruik van waterstof. Hebt u verder nog vragen, dan helpt uw contactpersoon u graag verder.