Bürkertin prosessiohjausventtiilit ovat jo osoittautuneet luotettaviksi monissa vedyn käyttökohteissa. Esimerkiksi Graforce käyttää niitä metaaniplasmaelektrolyysereissä, jotka tuottavat vetyä ja kiinteää hiiltä suuria määriä ja verrattain alhaisilla kustannuksilla.
Vedyllä on valtava energiapotentiaali, ja sitä on muuallakin kuin vedessä. Vetyä esiintyy monissa orgaanisissa ja epäorgaanisissa yhdisteissä, joita on teollisuusjätevedessä, lietelannassa, muoveissa ja kaasuissa. Graforce kehittää plasmaelektrolyysereitä, joita käyttämällä voidaan valmistaa vetyä jätemateriaalien energiapitoisista kemiallisista yhdisteistä. Nämä ratkaisut mahdollistavat huomattavasti pienemmät valmistuskustannukset ja suuremmat tuotantomäärät.
Vihreä vety – tulevaisuuden energiaa
Suuren energiapitoisuutensa ansiosta vety katsotaan tärkeäksi energiasiirtymän mahdollistajaksi sekä vihreäksi vaihtoehdoksi bensiinille, dieselille jne. Paitsi että vetyä voidaan tavalliseen tapaan suoraan polttaa, sitä voidaan myös käyttää sähkön ja lämmön sähkökemiallisessa tuotannossa. Tämä energiapitoinen kaasu soveltuu ajoneuvojen, laivojen ja jopa lentokoneiden polttoaineeksi. Pakokaasuna syntyy vain vesihöyryä hiukkasten, typen oksidien tai muiden ilmansaasteiden sijaan.
Energian ja lämmön tuotanto ilman CO2:ta
Kun vetyä tuotetaan elektrolyysillä eli erottaen vesi vedyksi ja hapeksi sähköllä, tuotantoprosessi vaatii paljon energiaa ja on siksi kallis. ”Yhden vetykilon keskimääräinen kustannus on 6–9 euroa”, sanoo Graforce GmbH:n kehitysinsinööri Kai Dame. ”Vety on kuitenkin tiukemmin sitoutunut veteen kuin muihin kemiallisiin yhdisteisiin. Plasmalyysilaitteemme tarvitsevat huomattavasti vähemmän energiaa, koska ne eivät ota vetyä vedestä, vaan muista energiapitoisista kemiallisista yhdisteistä. Vety on esimerkiksi vain heikosti sitoutunut orgaaniseen tai maakaasuun. Tämä tarkoittaa, että jo 10 kWh energiaa riittää yhden vetykilon ja kolmen alkuainehiilikilon saamiseen neljästä bio- tai maakaasukilosta. Kustannukset asettuvat keskimäärin 1,5–3 euroon vetykilolta.”
Graforcen metaaniplasmalyysilaitteet synnyttävät korkeataajuuksisen jännitekentän aurinko- tai tuulivoimalla, jotta metaania voidaan jakaa sen molekyylikomponenteiksi eli vedyksi (H2) ja hiileksi (C). Kunkin plasmalyysijärjestelmän kapasiteetti on jopa 500 kW tai 550 Nm³ (biokaasuntuottopotentiaalin yksikkö) vetyä tunnissa, ja järjestelmiä voidaan laajentaa modulaarisesti. Lämpöä ja energiaa voidaan tuottaa ilman CO2:ta CHP-vetylaitoksen (yhdistetty lämpö- ja energiayksikkö) tai SOFC:n (kiinteäoksidipolttokenno) yhteydessä. Kiinteää hiiltä voidaan käyttää teollisuuden raaka-aineena esimerkiksi teräksen, hiilikuitujen ja muiden hiilipohjaisten rakenteiden valmistuksessa. Yksi tällainen metaaniplasmalyysilaite otettiin käyttöön luolavarastossa Linzin lähistöllä huhtikuussa 2023.
Laitoksen ydinkomponentteina on kaksi reaktoria, joissa metaanin plasmalyyttinen jakautuminen tapahtuu. Laitoksessa on lisäksi separaattori vedyn ja kiinteän hiilen tuotevirtojen erottamiseen toisistaan, prosessilämmön talteenottolaitteisto sekä puskurivarasto tuotetulle vedylle. Vety toimitetaan kompressoriasemaan 500 millibaarin paineella, jonka jälkeen se paineistetaan 25 baarin paineeseen. Tämä noin 25 metriä korkea laitos on integroitu laitoskokonaisuuteen käyttämällä ohjausteknologia-, aineenvirtaus- ja paineilmaliitäntöjä, ja se tuottaa 50 kg vetyä tunnissa.
Graforcen metaaniplasmalyysilaitteet synnyttävät korkeataajuuksisen jännitekentän aurinko- tai tuulivoimalla, jotta metaani voidaan jakaa sen molekyylikomponenteiksi eli vedyksi (H2) ja hiileksi (C).
Vedynkestävät asennusosat prosessissa
Jotta laadukasta vetyä ja hiiltä voidaan valmistaa turvallisesti metaaniplasmalyysilaitoksessa, prosessissa tarvitaan suuri määrä asennusosia. Vetyä käyttävät kohteet ovat kuitenkin haastavia tästä näkökulmasta. Vedyn atomilla on kaikkein pienin massa, joten se on erittäin herkästi haihtuva. Vety on myös herkästi syttyvä ja räjähdysvaarallinen kaasu, joten kaikkien sen kanssa kosketuksissa olevien komponenttien tulee täyttää korkeat tiiveysvaatimukset. Lisäksi sillä on ei-toivottu ominaisuus: se diffundoituu metalleihin muuttaen materiaalin ominaisuuksia, mistä voi seurata haurastumista tai korroosiota.
Berliiniläinen startup-yritys löysi etsimänsä Bürkertin tuoteportfoliosta. Nykyisin plasmalyysilaitoksessa on käytössä lähes 50 pneumaattisilla toimilaitteilla varustettua prosessiventtiiliä (DN 15 – DN 65), esimerkiksi vety- ja hiililinjojen pneumaattiset vinoistukka- ja pystykaraventtiilit (tyyppi 2000 ja tyyppi 2012). Niiden korkea luotettavuus takaa pitkän käyttöiän vähäisellä paineenlaskulla. Reaktoreissa käytetään prosessitoimilaitteita tyypin 8802 asennoittimilla sekä palloventtiileitä, joissa on pneumaattiset kääntötoimilaitteet (tyyppi 8805).
Vety- ja hiililinjoissa on käytössä noin 50 prosessiventtiiliä. Reaktoreissa käytetään prosessitoimilaitteita asennoittimilla sekä palloventtiileitä, joissa on pneumaattiset kääntötoimilaitteet.
Säätö tapahtuu tyypin 8652 AirLINE-venttiiliryhmien kautta. ”Pienen kokonsa ansiosta ne oli helppo asentaa ohjauskaappeihin prosessin välittömään läheisyyteen”, lisää Dame. Bürkert olisi voinut myös toimittaa sopivat ohjauskaapit, mutta Graforce päätti rakentaa ne itse. ”Haluamme rakentaa järjestelmämme mahdollisimman pitkälti itse, mutta kenties hyödynnämme Bürkertin tarjoamaa mahdollisuutta myöhemmin toisessa projektissa”, Dame toteaa.
Lyhyet viestintäketjut ja nopea toimitus
Bürkertin prosessiohjausventtiileihin päädyttiin monista syistä. Bürkertilla on mittava asiantuntemus vedyn käyttökohteista, ja tuotteissa käytettävät materiaalit täyttävät näiden kohteiden erityisvaatimukset. Haurastumisen tai vuotojen riskiä ei ole.
Graforce käyttää nyt Bürkertin venttiilejä myös toisessa laitoksessaan. Jonkin aikaa käytössä ollut jätevesiplasmalyysilaite on muunnettu käyttämään kaksoiskelalla ja Kick and Drop -elektroniikalla varustettuja magneettiventtiilejä. Näin voidaan vähentää lämpöhävikkiä ja tehon tarvetta. Kela yliviritetään aluksi suurjännitepulssilla, jotta voidaan synnyttää venttiilin avaamiseen tarvittava suuri vetovoima. Kompressoituun kelaan integroitu elektroniikka kytkeytyy muutaman millisekunnin kuluttua energiaa säästävään pitotilaan. Tämän ansiosta venttiilit kuluttavat jopa 80 % vähemmän energiaa kuin perinteiset ratkaisut.