.   Trasmettitori di pressione con diaframmi in acciaio inossidabile placcati in oro per la misurazione della pressione di gas speciali come l’idrogeno.

Molti esperti considerano l’idrogeno come il sostituto ideale del carbone e del petrolio; e del gas naturale nell’industria e nel trasporto, poiché non lascia praticamente nessun gas di scarico quando viene bruciato. In quanto elemento versatile è già utilizzato con successo in varie industrie.
Con l’idrogeno, la transizione energetica si basa su un nuovo pilastro, oltre alle energie rinnovabili e all’efficienza energetica. L’idrogeno prodotto da energie rinnovabili è un vettore energetico sostenibile, flessibile e facilmente trasportabile. Oltre agli attuali programmi di sostegno del governo tedesco, si stanno investendo sette miliardi di euro per stabilire l’idrogeno nel mercato, inoltre altri due miliardi di euro sono stati stanziati per i partenariati internazionali. L’attenzione si concentra sul cosiddetto idrogeno “verde”, che è prodotto esclusivamente da energie rinnovabili. Solo attraverso l’idrogeno verde è possibile ridurre le emissioni di CO2 utilizzando fonti di energia a basso contenuto di carbonio. In Europa, 9,8 milioni di tonnellate di idrogeno sono attualmente prodotte ogni anno, utilizzando principalmente combustibili fossili. La Commissione europea ha quindi fissato l’obiettivo di aumentare la produzione di idrogeno verde a un milione di tonnellate all’anno entro il 2024, e a dieci milioni di tonnellate entro il 2030.

Il processo di produzione dell’idrogeno

L’idrogeno esiste in natura in forma combinata ma non è facile da produrre. Per essere utilizzato come gas, la combinazione di idrogeno e ossigeno deve essere divisa. Ma questo processo di elettrolisi, che separa chimicamente l’idrogeno e l’ossigeno, richiede molta energia. Se si usa elettricità proveniente da impianti solari o eolici, si parla di idrogeno verde. Se proviene da combustibili fossili, si chiama idrogeno grigio.
L’idrogeno è già utilizzato su larga scala dall’industria. In questo caso, però, non viene utilizzato come vettore energetico, ma principalmente nella chimica industriale e petrolchimica nei processi di produzione stechiologica. L’idrogeno usato in queste applicazioni è principalmente l’idrogeno grigio, che viene prodotto da processi di elettrolisi o per lo più come sottoprodotto, per esempio nelle raffinerie.

Sensori di pressione per l’idrogeno: di cosa bisogna tener conto?
Indipendentemente dal modo in cui l’idrogeno viene prodotto e utilizzato, la gestione di questo elemento è molto esigente in termini di soluzioni tecniche. Soprattutto, lavorare con l’idrogeno allo stato gassoso è una sfida. L’idrogeno è l’elemento con la densità più bassa e il raggio atomico più piccolo. Questo crea un problema fondamentale nel trattamento di questo gas: il suo tasso di permeazione estremamente elevato. I materiali metallici sono permeabili all’idrogeno, il che ha un effetto negativo, per esempio, sull’uso dei trasduttori di pressione. Questi trasduttori sono costituiti da un alloggiamento pieno d’olio e da un diaframma d’acciaio spesso solo pochi micrometri. Se l’idrogeno si diffonde attraverso questo diaframma e si accumula nel trasduttore, il trasduttore sarà danneggiato o addirittura se esposto a lungo termine, distrutto. Nel caso peggiore, l’idrogeno può persino penetrare l’intero trasduttore, creando un rischio di esplosione acuta.
“Anche raddoppiando lo spessore della membrana si ottiene, nel migliore dei casi, un raddoppio del tempo di diffusione”, dice il nostro esperto, fondatore della STS Sensor Technik AG.
“Tuttavia, a contatto con l’idrogeno, il rivestimento in oro dei diaframmi in acciaio inossidabile dei nostri trasmettitori di pressione ci permette di aumentare il tempo fino al raggiungimento di un volume critico di idrogeno nel trasduttore di un fattore da 10 a 100. Con questo metodo, aumentiamo significativamente la sicurezza e la durata del sensore”. La ragione di questo effetto è la permeabilità 10’000 volte inferiore dell’oro rispetto all’acciaio inossidabile.

Rivestimento in oro della membrana – La piccola differenza
STS sviluppa, produce e vende soluzioni specifiche per le applicazioni nel campo della tecnologia di misurazione della pressione – dalla produzione alla calibrazione dei sensori e all’ispezione finale del prodotto finito. Queste applicazioni vanno dalla costruzione di macchine, alle applicazioni marine, alle applicazioni del gas, alle applicazioni mediche/farmaceutiche e alle applicazioni dell’idrogeno. Questi ultimi rappresentano una sfida particolare. Gli atomi di idrogeno sono estremamente piccoli e, a causa di questa proprietà, possono anche penetrare nei materiali solidi. Questo processo è chiamato permeazione. Con il tempo, i trasmettitori di pressione diventano inutilizzabili a causa di questo processo. STS utilizza diaframmi in acciaio inossidabile placcati in oro per le applicazioni con l’idrogeno e quindi ottimizza notevolmente la loro durata di vita.

Come funziona?

La permeabilità dell’oro è circa 10.000 volte inferiore a quella dell’acciaio inossidabile. Con un rivestimento d’oro di 1μm su un diaframma d’acciaio di 50 μm, la permeazione dell’idrogeno può essere ridotta più efficacemente che raddoppiando lo spessore del diaframma d’acciaio a 100 μm. Nel primo caso, il tempo necessario per raggiungere un volume critico di gas idrogeno accumulato all’interno del sensore di pressione, può essere aumentato di un fattore da 10 a 100, nel secondo caso solo di un fattore due. Il prerequisito per questo è un sistema completamente chiuso e una doratura impeccabile.
Il trasmettitore di pressione piezoresistivo ATM.1ST è ideale per queste applicazioni di misurazione della pressione statica e dinamica.
I suoi campi di misura sono da 0 … 50mbar a 0 … 1000 bar, precisioni fino a 0.05%FS, isteresi e ripetibilità sono migliori di 0.01%.
Grazie al suo design modulare, il trasmettitore di pressione ATM.1ST può essere adattato individualmente a molte applicazioni.