Detekcija vodika
Osim što je važan industrijski plin, vodik postaje sve važniji kao gorivo. Unatoč tome, vodik se bitno razlikuje od bilo kojeg drugog izvora goriva, kako po svojoj funkciji, tako i po opasnostima.
S nastavkom svjetskog ekonomskog rasta vodika, vodik će igrati važnu ulogu u dekarbonizaciji svjetske potrebe za energijom. No usvajanje vodikove tehnologije zahtijeva uvođenje značajnih sigurnosnih mjera, uključujući primjenu pouzdanih sustava za detekciju vodika.
Važnost vodika
Gotovo sva goriva koja se trenutno koriste u svijetu su derivati nafte ili plina. Ova su goriva krajnji proizvod, a poznato je da je njihova uporaba štetna za okoliš. Zbog toga se svijet okreće prema obnovljivim izvorima energije.
Povećana proizvodnja obnovljive energije predstavlja vlastite izazove: Kako se može pohraniti energija proizvedena iz obnovljivih izvora, poput vjetra i sunca kao i kako transportni i industrijski sektori koji se oslanjaju na energetski bogata kemijska goriva mogu nastaviti djelovati u postkarbonskom gospodarstvu?
Vodik je vjerojatno najbolji odgovor na oba pitanja. Danas se vodik uglavnom proizvodi parnim reformiranjem metana (SMR) i široko se koristi kao industrijski plin. Međutim, obnovljiva energija se može koristiti za stvaranje vodika postupcima kao što je elektroliza vode, učinkovito vežući tu energiju unutar molekula vodika. U tom svojstvu vodik djeluje kao medij za skladištenje energije, a ne kao uobičajeno gorivo.
Vodik nudi brojne prednosti u odnosu na ostale tehnologije skladištenja energije. Kao i konvencionalna goriva, vodik ima vrlo veliku gustoću energije – mnogo veću od baterija ili kondenzatora – i može skladištiti energiju neograničeno dugo bez gubitaka. Međutim, za razliku od konvencionalnih goriva, vodik ne emitira opasne plinove na mjestu uporabe: jedini nusprodukt izgaranja vodika je voda. Tehnologija vodika je još u začecima – ali već postoji razlog vjerovati da bi vodik mogao postati znatno jeftiniji od baterija.
Rizici vodika
Povećana primjena vodikove tehnologije nije bez nedostataka. Iako se vodik dobro ponaša kao gorivo, on predstavlja mnogo veću opasnost od eksplozije od mnogih drugih tekućih i plinskih goriva.
To je iz dva razloga. Prvo, vodik je mnogo teže zadržati od ostalih plinova. Stoga je sklon istjecanju iz zatvorenog prostora.
Osim toga, vodik je izuzetno zapaljiv. Vodik u zraku je zapaljiv u koncentracijama između 4% i 75% volumena. Količina energije potrebna za paljenje smjese vodika i zraka također je mnogo niža nego za druga goriva. Minimalna količina energije potrebna za paljenje smjese vodika i zraka je samo 0,017 mJ. Nasuprot tome, minimalna energija paljenja za plinove ugljikovodičnih goriva mnogo je veća, oko 0,3 mJ za smjese metan/zrak ili propan/zrak.
Rezultat toga su česta curenja vodika, pa se čak i vrlo mala curenja vodika mogu relativno lako zapaliti. Stoga je bitno poduzeti odgovarajuće mjere za smanjenje rizika od curenja vodika.
Tehnologije detekcije vodika
Katalitička detekcija
Senzori s pelistorima ili katalitičkim slojem oslanjaju se na upotrebu katalizatora koji uzrokuje paljenje zapaljivog plina unutar senzora na znatno nižoj temperaturi nego inače. Kada dođe do izgaranja, toplina se proizvodi razmjerno količini prisutnog zapaljivog plina. Koncentracija zapaljivih plinova tada se može izvesti iz ovog mjerenja i izraziti kao postotak donje granice eksplozivnosti (%LEL).
Elektrokemijski
Elektrokemijski senzori djeluju reagirajući na ciljani plin – u ovom slučaju vodik – s elektrolitom, koji generira struju razmjerno količini prisutnog plina. To omogućuje znatno osjetljivije otkrivanje plinova vodika u usporedbi s katalitičkim senzorima. Međutim, nedostatak ove ekstremne osjetljivosti je to što se elektrokemijski senzori mogu uništiti pri izlaganju razinama koje prelaze njihov raspon mjerenja, pa ih je potrebno zamijeniti.
Ostale tehnologije detekcije
Postoji još nekoliko tehnologija otkrivanja plina; međutim, oni se ne preporučuju za detekciju vodika.
Infracrveni senzori ne mogu otkriti vodik jer dvoatomske molekule poput vodika ne apsorbiraju infracrveno zračenje.
Poluvodički detektori plina mogu se koristiti za detekciju vodika; međutim, ti senzori također tipično reagiraju na široki raspon drugih plinova i para. Vjerojatnost lažnih alarma znači da se poluvodički senzori ne preporučuju za ove primjene.
Toplinska vodljivost je još jedna održiva tehnologija, iako ih niska osjetljivost i selektivnost čine lošima za aplikacije detekcije vodika.