Capteurs de pression avec diaphragmes en acier inoxydable plaquées-or pour les mesures de pression de gaz spéciaux tels que l’hydrogène. 

De nombreux experts considèrent l’hydrogène comme le substitut idéal du charbon, du pétrole et du gaz naturel dans l’industrie et les transports, car il ne laisse pratiquement aucun gaz d’échappement lors de sa combustion. Cet élément polyvalent est déjà utilisé avec succès dans divers secteurs industriels.
Toutefois, la manipulation de l’hydrogène impose des exigences élevées aux composants techniques. Avec l’hydrogène, la transition énergétique s’appuie sur un nouveau pilier, en plus des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique. L’hydrogène produit à partir d’énergies renouvelables est un vecteur énergétique durable, flexible et facilement transportable. En plus des programmes de soutien actuels du gouvernement allemand, sept milliards d’euros sont investis pour que l’hydrogène s’établisse sur le marché. Deux autres milliards ont été alloués à des partenariats internationaux. L’accent est mis sur l’hydrogène dit “vert”, qui est produit exclusivement à partir d’énergies renouvelables. Seul l’hydrogène vert permet de réduire les émissions de CO2 en utilisant des sources d’énergie à faible teneur en carbone. En Europe, 9,8 millions de tonnes d’hydrogène sont actuellement produites chaque année en utilisant principalement des combustibles fossiles. La Commission européenne s’est donc fixée pour objectif de porter la production d’hydrogène vert à un million de tonnes par an d’ici 2024 et à dix millions de tonnes d’ici 2030.

Le processus de production de l’hydrogène

L’hydrogène existe dans la nature sous forme combinée et n’est pas facile à produire. Pour être utilisé en tant que gaz, la combinaison d’hydrogène et d’oxygène doit être fractionnée. Mais ce processus d’électrolyse, qui sépare chimiquement l’hydrogène et l’oxygène, nécessite beaucoup d’énergie. Si l’on utilise de l’électricité provenant de centrales solaires ou d’éoliennes, on parle d’hydrogène vert. Si elle provient de combustibles fossiles, on parle d’hydrogène gris.
L’hydrogène est déjà utilisé à grande échelle par l’industrie. Dans ce cas, cependant, il n’est pas utilisé comme vecteur énergétique, mais principalement en chimie industrielle et en pétrochimie dans le cadre de processus de production. L’hydrogène utilisé dans ces applications est principalement de l’hydrogène gris, qui est produit par des procédés d’électrolyse ou le plus souvent comme sous-produit, par exemple dans les raffineries.

Capteurs de pression pour l’hydrogène : que faut-il prendre en compte ?
Quelle que soit la manière dont l’hydrogène est produit et utilisé, la manipulation de cet élément est très exigeante en termes de solutions techniques. Avant tout, travailler avec l’hydrogène à l’état gazeux est un défi. L’hydrogène est l’élément dont la densité est la plus faible et le rayon atomique le plus petit. Il en résulte un problème fondamental dans la manipulation de ce gaz : son taux de perméation extrêmement élevé. Les matériaux métalliques sont perméables à l’hydrogène, ce qui a un effet négatif, par exemple, sur l’utilisation des capteurs de pression. Ces transducteurs sont composés d’un boîtier rempli d’huile et d’un diaphragme en acier de quelques micromètres d’épaisseur seulement. Si l’hydrogène se diffuse à travers ce diaphragme et qu’il s’accumule dans le transducteur, ce dernier sera endommagé ou même détruit à long terme. Dans le pire des cas, l’hydrogène peut même pénétrer dans l’ensemble du capteur, créant un risque d’explosion aigu.
“Même le fait de doubler l’épaisseur de la membrane conduit au mieux à un doublement du temps de diffusion”, déclare notre expert, fondateur de STS Sensor Technik AG.
“Toutefois, au contact de l’hydrogène, le revêtement en or des diaphragmes en acier inoxydable de nos transmetteurs de pression nous permet d’augmenter d’un facteur de 10 à 100 le laps de temps jusqu’à ce qu’un volume critique d’hydrogène soit atteint dans le transducteur. Par cette méthode, nous augmentons considérablement la sécurité et la durée de vie du capteur.” La raison de cet effet est la perméabilité 10’000 fois inférieure de l’or par rapport à l’acier inoxydable.

Revêtement en or de la membrane – la petite différence aux grands effets

La perméabilité de l’or est environ 10 000 fois inférieure à celle de l’acier inoxydable. Avec un revêtement en or de 1μm sur un diaphragme en acier de 50 μm, la perméation de l’hydrogène peut être réduite plus efficacement qu’en doublant l’épaisseur du diaphragme en acier à 100 μm. Dans le premier cas, le temps nécessaire pour atteindre un volume critique d’hydrogène gazeux accumulé à l’intérieur du capteur de pression peut être augmenté d’un facteur 10 à 100, dans le second cas seulement d’un facteur deux. La condition préalable à cela est un système complètement fermé et un plaquage or sans défaut.
Le transmetteur de pression piézorésistif ATM.1ST convient exactement à ces applications de mesure de pression statique et dynamique.
Ses plages de mesure sont comprises entre 0 … 50mbar et 0 … 1000 bar, les précisions vont jusqu’à 0,05%FS, l’hystérésis et la répétabilité sont meilleures que 0,01%.
Grâce à sa conception modulaire, le transmetteur de pression ATM.1ST peut être adapté individuellement à de nombreuses applications.

STS développe, fabrique et vend des solutions spécifiques aux applications dans le domaine de la technologie de mesure de la pression – de la fabrication jusqu’à l’étalonnage du capteur et le contrôle final du produit terminé. Ces applications vont de la construction de machines aux applications maritimes, en passant par les applications gazières, les applications médicales/pharmaceutique et les applications liées à l’hydrogène.