Pomiar czystości wodoru – klucz do bezpiecznej i efektywnej transformacji energetycznej

Wodór jest szeroko znany jako alternatywne paliwo, ale coraz częściej pojawia się również w roli jednego z najważniejszych filarów globalnej transformacji energetycznej i dekarbonizacji szeroko rozumianego przemysłu. Zastosowanie wodoru jako wydajnego i ekologicznego źródła energii np. w transporcie, sektorze produkcyjnym czy energetyce wymaga jednak spełnienia rygorystycznych norm jakościowych, aby zapewnić bezpieczeństwo i efektywność procesów. W tym artykule opisujemy, dlaczego precyzyjna kontrola jakości wodoru jest fundamentem dla bezpiecznej eksploatacji technologii wodorowych, omawiamy główne metody analityczne i urządzenia pomiarowe stosowane do pomiaru czystości wodoru.

Znaczenie wodoru w transformacji energetycznej

Podczas spalania wodoru nie powstają żadne zanieczyszczenia, które miałyby negatywny wpływ na środowisko naturalne, a dodatkowo wodór jest relatywnie łatwy w produkcji na dużą skalę – to dwa najważniejsze powody, dla których w ciągu ostatniej dekady wodór stał się jednym z zasadniczych elementów proponowanych strategii dekarbonizacyjnych zarówno w Europie, jak i na świecie. Wykorzystanie wodoru jako nośnika energii pozwala na sukcesywne zastępowanie paliw kopalnych, tym samym bezpośrednio przyczyniając się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.

Co w tym kontekście szczególnie ważne, dynamiczny rozwój technologii wodorowych w Polsce i wdrażanie na coraz większą skalę opartych na wodorze rozwiązań w transporcie, energetyce i wielu innych sektorach, stanowi podstawę dla wcielanych w życie programów dekarbonizacyjnych, które w perspektywie najbliższych dekad będą wspomagać dążenia do neutralności emisyjnej polskiej gospodarki. Mowa przede wszystkim o tych sektorach, w których dalsza redukcja emisji CO2 stanowiła jeszcze do niedawna ogromne wyzwanie jak np. przemysł ciężki (szczególnie produkcja stali, cementu czy chemikaliów) oraz transport dalekodystansowy i ciężki.

Aby jednak wodór mógł być bezpiecznie wykorzystywany w roli źródła energii, niezbędne jest zapewnienie bardzo wysokiego poziomu jego czystości, ponieważ nawet śladowe zanieczyszczenia mają negatywny wpływ na efektywność opartych na wodorze ogniw paliwowych i ich trwałość. Z tego względu kontrola jakości wodoru jest niezbędna na każdym etapie jego produkcji, magazynowania oraz dystrybucji.

Normy i regulacje prawne dotyczące jakości wodoru

Kwestie związane z jakością i czystością wodoru wykorzystywanego jako paliwo alternatywne oraz jako ekologiczne źródło energii reguluje szereg przepisów – zarówno na poziomie wspólnotowym, jak i krajowym.

W przypadku ustawodawstwa UE najważniejszym dokumentem dotyczącym zastosowania wodoru jako paliwa alternatywnego jest tzw. dyrektywa AFID, czyli dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/94/UE z 22 października 2014 roku w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych (Dz. Urz. UE L 307 z 28.10.2014 z późn. zm.).

W Polsce obowiązują również międzynarodowe normy, które określają dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń w wodorze przeznaczonym do różnych zastosowań. Są to:

• norma ISO 14687:2025 (określa wymagania jakościowe dla wodoru stosowanego w ogniwach paliwowych, w tym maksymalne dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń takich jak tlen, woda, siarkowodór, tlenek węgla, amoniak czy metan);
• norma PN-EN 17124:2019-01 (określa wymagania jakościowe dla wodoru w kontekście elektromobilności).

Na gruncie prawodawstwa krajowego kwestie związane z jakością wodoru są regulowane przez ustawę z dnia 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw (tekst jednolity: Dz.U. z 2024 r. poz 1209 z późn. zm.).

Wymagania w zakresie czystości wodoru

Jak już podkreślaliśmy, czystość wodoru ma zasadnicze znaczenie dla bezpieczeństwa oraz efektywności jego zastosowania jako źródła energii (zwłaszcza w ogniwach paliwowych). Z tego względu obecnie obowiązujące w Polsce limity zanieczyszczeń są oparte o rygorystyczne wymogi normy ISO 14687, zgodnie z którą wynoszą one:

Warto w tym kontekście podkreślić, że zanieczyszczenia w wodorze mogą pochodzić z różnych źródeł, zależnie od metody produkcji (np. reforming parowy metanu, elektroliza wody, zgazowanie biomasy), materiałów użytych do budowy instalacji produkcyjnych, systemów magazynowania czy transportu. W konsekwencji nawet wodór o wysokiej czystości początkowej może ulec zanieczyszczeniu już później, dlatego tak istotne są precyzyjne pomiary czystości wodoru.

Pomiar czystości wodoru – nowoczesne metody i technologie pomiarowe

Wiarygodny i dokładny pomiar czystości wodoru wymaga zastosowania odpowiednich technik analitycznych, pozwalających skutecznie wykrywać nawet śladową obecność niepożądanych substancji. W zależności od potrzeb stosowane są różne rozwiązania, ponieważ żadna z dostępnych obecnie na rynku technologii pomiarowych nie zapewnia możliwości detekcji wszystkich potencjalnych zanieczyszczeń w produkowanym wodorze. Wybór odpowiedniej metody zależy m.in. od specyfiki aplikacji, rodzaju i stężenia spodziewanych zanieczyszczeń, wymaganej dokładności oraz częstotliwości wykonywania pomiarów. Aktualnie najszersze spektrum związków można wykryć stosując technologię OFCEAS, czyli spektroskopię w podczerwieni ze sprzężeniem zwrotnym.

Technologia OFCEAS i analizatory ProCeas

OFCEAS (ang. Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy) to technologia pomiarowa wykorzystująca laser z optycznym sprzężeniem zwrotnym. Zastosowano ją w analizatorach ProCeas Ap2E produkowanych przez Durag Group. Są to urządzenia umożliwiające wykrywanie nawet minimalnych zanieczyszczeń wodoru i jednoczesny pomiar nawet 10 związków w fazie gazowej (tlen, metan, tlenek węgla, dwutlenek węgla, siarkowodór, woda, chlorowodór, amoniak, kwas mrówkowy, aldehyd mrówkowy).

Do najważniejszych zalet analizatorów ProCeas Ap2E należą ponadto:

• wysoka czułość i selektywność,
• szybki czas odpowiedzi,
• brak potrzeby częstej kalibracji,
• modułowa konstrukcja.

Analizatory te znajdują zastosowanie zarówno w laboratoriach, jak i zakładach przemysłowych, w tym na stacjach produkcji i tankowania wodoru.

W razie pytań zapraszamy do kontaktu – nasi specjaliści chętnie odpowiedzą na pytania i wyjaśnią wątpliwości.