L’idrogeno è un pilastro fondamentale della decarbonizzazione per l’industria, questo comporta un alto grado di ricerca e innovazione nel campo delle tecnologie per la misura dell’idrogeno e più in generale della portata dei gas, tra cui spiccano i misuratori di portata ultrasuoni clamp-on della tedesca FLEXIM.
I vantaggi dell’idrogeno: alta efficienza e minor impatto ambientale
L’elevato fabbisogno energetico delle società moderne e l’impatto dell’attività umana sul clima globale ci spingono a ricercare nuove fonti di energia e simultaneamente a utilizzare tecnologie rispettose dell’ambiente, che favoriscano la transizione energetica. L’idrogeno gioca un ruolo di primo piano in questa fase, con la sua alta efficienza e il minimo impatto ambientale.
Secondo il rapporto dell’International Energy Agency, l’idrogeno pulito sta attualmente godendo di uno slancio politico e commerciale senza precedenti ed è pertanto il momento di aumentare le tecnologie ad esso collegate e ridurre i costi, per consentirne un più ampio utilizzo.
L’idrogeno può essere estratto dai combustibili fossili e dalla biomassa, dall’acqua o da una miscela di entrambi. Il gas naturale è attualmente la principale fonte di produzione di idrogeno, rappresentando circa tre quarti della produzione annua globale di idrogeno (circa 70 milioni di tonnellate). Solitamente l’idrogeno viene stoccato a pressione molto elevata, questo rende necessario l’utilizzo di apparecchiature sicure ed efficienti per la produzione, lo stoccaggio e l’erogazione del gas. Non stupisce quindi che la tecnologia che si occupa della misura della portata dell’idrogeno sia al centro di un’attività di ricerca continua.
Misura della portata di gas naturale: come funziona
Tra le tecnologie per la misura della portata dell’idrogeno, ci sono i misuratori a ultrasuoni con tecnica clamp-on della tedesca FLEXIM. In qualità di leader nel settore della misurazione non invasiva della portata con tecnologia a ultrasuoni, FLEXIM vanta infatti un’esperienza pluriennale nella misurazione dell’idrogeno. Con una sofisticata funzionalità totalmente innovativa, denominata NGE (Natural Gas Engine), i misuratori di portata per il gas della serie FLUXUS G sono ora in grado di determinare autonomamente la portata di volume standard dei gas, anche con composizioni variabili.
La prassi normale per la misurazione della portata nei processi di trasporto degli idrocarburi gassosi è il calcolo dei volumi standard (portata volumetrica riportata a condizioni standard di temperatura e pressione). A tal fine, vengono misurate portata, temperatura e pressione reali, specificando pressione e temperatura standard di riferimento.
La composizione del gas deve essere nota, utilizzando ad esempio un gascromatografo locale, in questo caso il flusso di volume standard viene calcolato partendo dal flusso di volume operativo e utilizzando un flow computer, con un approccio relativamente costoso e spesso senza la possibilità di avere informazioni in tempo reale.
Il nuovo approccio di FLEXIM si basa sull’impiego della misurazione della velocità sonica, anche senza analisi cromatografica. Grazie a un database di migliaia di punti di misura del flusso di gas, FLEXIM ha sviluppato una nuova funzionalità per i suoi misuratori di portata serie FLUXUS G: the Natural Gas Engine, “NGE”. Supportato dalle stesse equazioni termodinamiche di un flow computer, il Natural Gas Engine, calcola anche la comprimibilità, il peso molecolare e la densità. Tuttavia, la differenza rispetto ai sistemi di misura tradizionali consiste nel fatto che la composizione del gas non deve necessariamente essere conosciuta, solo la classe di gas naturali in transito deve essere selezionata dall’utente. Quindi, nel misuratore di portata FLUXUS G di FLEXIM, il calcolo esatto di comprimibilità, peso molecolare e densità viene fatto con l’NGE a partire dalla misurazione della pressione, della temperatura e della velocità sonica.
La misura dell’idrogeno con tecnologia a ultrasuoni clamp-on: vantaggi
In qualità di unico produttore di tecnologia di misurazione a ultrasuoni clamp-on, FLEXIM è stata invitata a partecipare al Joint Industry Project (JIP) in merito al tema “Idoneità dei flussimetri di gas naturale per gas rinnovabili”. L’impianto di prova era il laboratorio di flusso multifase presso DNV a Groningen, in Olanda. Il gruppo di utenti interessati ai risultati dei test era formato da tutti i principali operatori di pipeline nell’UE, mentre i produttori dei misuratori di portata fiscali per gas, per lo più a ultrasuoni, ma anche a turbina sono stati coinvolti direttamente nel test.
I riscontri delle prove effettuate risultano essere eccezionalmente positivi per FLEXIM. Durante il progetto sono state testate le capacità dei flussimetri di gestire miscele di gas naturale con contenuti fino al 30% di idrogeno e fino al 20% di CO². Ecco una sintesi dei risultati dei test con il misuratore FLUXUS G721 installato in configurazione a doppio canale:
- Durante l’intero programma di test, il FLUXUS G721 ha sempre operato entro l’incertezza di misura specificata (1…2%) e la ripetibilità (0,15%);
- Per il FLUXUS G721, la ripetibilità media delle varie misure è stata dello 0,11%. I misuratori a ultrasuoni in linea avevano valori tra 0,055% e 0,136% di ripetibilità media;
- Il FLUXUS G721, con tecnica clamp-on, ha ottenuto risultati migliori rispetto ad alcuni dei misuratori fiscali con tecnica tradizionale.