Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
Misurare con precisione la quantità di idrogeno che attraversa una tubazione è una delle sfide ancora aperte per lo sviluppo dell’economia dell’idrogeno. A differenza di altri gas, infatti, le caratteristiche dell’idrogeno rendono particolarmente complesso determinare con esattezza la quantità trasferita. Una nuova tecnologia sviluppata da Cignus Instruments con il supporto di SINTEF punta ora a superare questo ostacolo, grazie a un misuratore progettato per rilevare la massa del gas e quindi il numero di molecole che attraversano la condotta.
Perché l’idrogeno è così difficile da misurare
Nel commercio di qualsiasi sostanza, sapere con precisione quanto prodotto viene trasferito è fondamentale. La misurazione permette infatti di stabilire quanto viene prodotto, venduto o acquistato. Nel caso dell’idrogeno, però, ottenere un dato accurato è particolarmente complicato.
Il gas è estremamente leggero, sensibile e comprimibile. Di conseguenza, anche variazioni relativamente piccole di pressione e temperatura possono avere un impatto sugli strumenti di misurazione esistenti. A questo si aggiunge un altro problema: se l’idrogeno viene contaminato da molecole più grandi, il calcolo della quantità di energia contenuta nel gas può risultare sovrastimato.
Per Svend Tollak Munkejord, chief scientist di SINTEF, questa difficoltà rappresenta da tempo un ostacolo alla transizione verso l’idrogeno. Senza una misurazione precisa, diventa infatti difficile stabilire con certezza quanto gas viene prodotto da un elettrolizzatore o quanto viene effettivamente venduto.
I limiti dei tradizionali misuratori Coriolis
Gli strumenti utilizzati oggi per la misurazione della massa dei fluidi comprendono i misuratori di flusso Coriolis. Il loro funzionamento si basa su piccoli tubi che formano un circuito e vengono fatti vibrare. Quando il gas o il liquido attraversa il tubo, modifica leggermente il modello di vibrazione. Misurando questa variazione è possibile calcolare il flusso di massa.
Per l’idrogeno ad alta pressione, tuttavia, emergono alcune difficoltà. Le tubazioni devono essere sufficientemente robuste per sopportare la pressione e, allo stesso tempo, avere dimensioni adeguate a garantire la capacità di trasporto richiesta.
È proprio qui che nasce il problema: i misuratori Coriolis sono progettati per tubi con caratteristiche molto precise, mentre le infrastrutture per l’idrogeno possono richiedere condotte più grandi e rigide.
Il nuovo dispositivo divide il flusso in quattro canali
La soluzione sviluppata da Cignus Instruments cambia il modo in cui il misuratore viene inserito nella tubazione. Il nuovo dispositivo divide il tubo in quattro canali e può essere installato all’interno di condotte di dimensioni e spessori differenti.
Il principio fisico rimane quello utilizzato dai misuratori Coriolis, ma l’obiettivo è adattarlo alle esigenze specifiche dei gas leggeri e delle tubazioni di grandi dimensioni. Il sistema misura la massa del gas, cioè il numero di molecole che attraversano il dispositivo, anziché limitarsi a misurarne il volume.
Martin Nese, CEO di Cignus Instruments, descrive il dispositivo come una sorta di combinazione tra un altoparlante e un microfono, installata direttamente all’interno della tubazione.
Le simulazioni di SINTEF prima del prodotto fisico
Prima di arrivare alla realizzazione del dispositivo, i ricercatori di SINTEF hanno lavorato sulla sua progettazione attraverso simulazioni digitali. Eirik Holm Fyhn e Svend Tollak Munkejord hanno studiato il comportamento del misuratore per individuare la configurazione più efficace.
Le simulazioni hanno mostrato che il sistema può essere utilizzato per misurare con precisione la quantità di idrogeno che attraversa la condotta. I ricercatori hanno inoltre verificato cosa accade quando il dispositivo viene installato vicino a una curva della tubazione.
È stata analizzata anche una situazione con una curva di 90 gradi direttamente a monte del misuratore. Secondo i risultati illustrati da Fyhn, il dispositivo continua a funzionare correttamente anche in questa configurazione.
Dalla produzione alle future reti di trasporto
La possibilità di installare il misuratore senza dover necessariamente riprogettare la geometria delle tubazioni potrebbe essere particolarmente rilevante per le infrastrutture dedicate al trasporto dell’idrogeno, comprese quelle realizzate sul fondale marino.
Il progetto è però ancora in fase di sviluppo. Prima di diventare uno standard, il nuovo misuratore dovrà essere misurato, verificato e certificato. Cignus Instruments punta a ottenere entro l’anno la certificazione di un misuratore per l’idrogeno.
Una delle prime applicazioni riguarda la misurazione dell’idrogeno prodotto dagli elettrolizzatori, sia per verificare il processo di produzione sia per documentare la quantità consegnata.
Il passaggio successivo sarà l’adattamento della tecnologia al trasporto nelle pipeline. In Germania, dove sono presenti numerosi produttori di idrogeno, sarà necessario effettuare misurazioni nei diversi punti di ingresso e uscita delle reti per garantire un controllo accurato e una corretta contabilizzazione dei quantitativi trasferiti.
Fonte: Interesting Engineering
