Applicazioni nel settore dell’industria dell’idrogeno

Lo scopo è di garantire la sicurezza per tutti i casi di applicazione e a tutti i possibili livelli di qualifica, dal personale specializzato qualificato e formato nell’ambito della produzione di idrogeno fino al consumatore finale alla stazione di rifornimento. 

Si parla di “sicurezza funzionale” quando la sicurezza dipende dal corretto funzionamento di un sistema di controllo. Le tecnologie di rilevamento, in combinazione con la tecnica di controllo di sicurezza, svolgono pertanto un ruolo fondamentale per l’utilizzo sicuro dell’idrogeno mirato a evitare e prevenire danni e incidenti.

Tali applicazioni spaziano dalla produzione di idrogeno in elettrolizzatori o steam reformer , alla movimentazione e gestione dell’idrogeno ad esempio in stazioni di rifornimento di idrogeno, fino al consumo di idrogeno in celle a combustibile, motori e bruciatori.

Con Industrial Security si intende la protezione di impianti industriali e produttivi da manipolazioni e manomissioni volontarie o involontarie. L’Industrial Security si occupa quindi della sicurezza delle reti dei sistemi di controllo per impianti produttivi e industriali dell’automazione industriale e del controllo di processo.

Un esempio in riferimento all’idrogeno potrebbe essere un accesso remoto a un sistema di produzione di idrogeno per verificarne lo stato. Questo collegamento deve essere protetto una volta che questa connessione da remoto consente di controllare o modificare la parte rilevante per la sicurezza del sistema. Senza protezione è possibile che qualcuno, privo di autorizzazione, modifichi il sistema e quindi provochi una condizione pericolosa.

Identification and Access Management (I.A.M.) consente di proteggere, in egual misura, i dati e il personale. Dall’autenticazione degli utenti fino alla sicurezza dei dati e della rete: Pilz è a tua completa disposizione per offrirti una consulenza. 

Per quanto concerne gli elettrolizzatori di idrogeno, il documento di riferimento per la sicurezza è costituito dalla norma ISO 22734:2019 Generatori di idrogeno che utilizzano l’elettrolisi dell'acqua– Applicazioni industriali, commerciali e residenziali . Tale norma racchiude i requisiti di sicurezza e le relative procedure di controllo per tutti i componenti e materiali. 

Funzioni di sicurezza per elettrolizzatori:

• Arresto di emergenza
• Monitoraggio della tensione
• Monitoraggio di corrente elettrica
• Rilevamento delle perdite
• Rilevamento di gas
• Segnalazione della presenza di fiamme/incendio

Il rilevamento di gas e fiamme è obbligatorio allo scopo di introdurre e adottare misure di sicurezza idonee, come ad es. la ventilazione, o per impedire l’accesso a tale area. 

La mancanza di una fonte di energia costante può costituire un ulteriore problema per la sicurezza (fenomeno Crossover). Per questo motivo un guasto nella parte elettrica, tensione o corrente, può generare un eventuale pericolo di esplosione.

L’apertura e la gestione di una stazione di rifornimento di idrogeno (HRS) sono autorizzate dalle autorità locali e sono soggette alla vigilanza da parte di normative nazionali o regionali. La norma ISO 19880-1:2020 Idrogeno gassoso - Stazioni di rifornimento - Parte 1: Requisiti generali comprende una metodologia atta a garantire la sicurezza delle stazioni di rifornimento. Questa norma richiede misure mirate a ridurre il rischio di incendi ed esplosioni. È obbligatorio effettuare una valutazione del rischio dell’intera stazione.

Una HRS è costituita da componenti ad alta pressione quali compressori, valvole, condutture e accumulatori di pressione. A questi si aggiungono il sistema di raffreddamento e l’area di approvvigionamento e distribuzione dell’idrogeno, come ad es. erogatori con pressioni pari a 350 o 700 bar e temperature del gas erogato dal distributore che arrivano fino a -40° C (233,15 K).

Funzioni di sicurezza per stazioni di rifornimento di idrogeno:

• Arresto di emergenza
• Rilevamento delle perdite
• Rilevamento di gas
• Segnalazione della presenza di fiamme/incendio
• Controllo della pressione, controllo dei gradienti
• Controllo della temperatura, controllo dei gradienti

La norma ISO 16110-1:2007: Generatori di idrogeno che utilizzano tecnologie di trattamento del combustibile - Parte 1: Sicurezza illustra tutti i principali pericoli (EMC, aspetti elettrici, aspetti legati all’alta pressione, prevenzione contro esplosioni, ecc.) in riferimento alla sicurezza della produzione di idrogeno da combustibili fossili, come ad es. lo steam reforming.

In questo momento, lo steam reforming costituisce il processo principale per la produzione di idrogeno da fonti di energia contenenti carbonio e acqua. Il metano è attualmente la materia prima più importante; tuttavia, si possono utilizzare anche metanolo, biogas o biomassa come materie di base. Questo processo necessita di temperature elevate che vengono raggiunte mediante l’impiego di bruciatori a gas. 

Funzioni di sicurezza:

• Arresto di emergenza
• Burner Management
• Rilevamento delle perdite
• Rilevamento di gas
• Segnalazione della presenza di fiamme/incendio
• Controllo della pressione
• Controllo della temperatura

I sistemi di controllo di sicurezza PNOZmulti 2 o PSS 4000 sono in grado sia di comandare il sistema di Burner Management che di monitorare la sicurezza del processo. Controllano e gestiscono ad es. temperature e pressioni elevate al fine di evitare situazioni inattese che possono provocare un pericolo.

In caso di utilizzo del 100% di idrogeno o miscele di combustibili a base di idrocarburi gassosi., come ad es. metano, con idrogeno come combustibile in bruciatori a gas, devono essere applicate le norme vigenti per bruciatori con combustibili gassosi.

Si applicano ad esempio le seguenti norme:

• EN 298
• IEC/UL 60730-2-5 per il controllo dei bruciatori
• EN 676 per bruciatori a gas 
• ISO 13577 per forni industriali (Area Combustibili gassosi) 

Queste norme fanno una distinzione tra combustibili gassosi, liquidi e solidi, non esiste tuttavia alcuna differenza tra gas specifici all’interno del gruppo dei combustibili gassosi. Pertanto le norme vigenti possono essere applicate anche all’idrogeno.

Il sistema di Burner Management PNOZmulti 2 è già pronto per essere utilizzato per la combustione di idrogeno o miscele di combustibili a base di idrocarburi gassosi.