Capteurs pour une utilisation sûre de l'hydrogène
"L'expansion de l'économie de l'hydrogène peut commencer dès maintenant
Les chercheurs du Fraunhofer ont mis au point des systèmes de capteurs et des équipements de mesure qui détectent les fuites dans les conduites et les réservoirs d'hydrogène. Les applications de la nouvelle technologie comprennent la surveillance continue des expéditions d'hydrogène et des installations de l'industrie chimique. Les chercheurs utilisent plusieurs technologies de capteurs pour fournir un équipement de sécurité couvrant le plus grand nombre possible de scénarios de la future économie de l'hydrogène.
Lorsqu'il s'agit de construire une infrastructure pour l'hydrogène, la sécurité des pipelines, des réservoirs et des connecteurs est cruciale, car ce gaz invisible et inodore est hautement inflammable et explosif. L'Institut Fraunhofer pour les techniques de mesure physique IPM de Fribourg a mis au point des capteurs et des systèmes de mesure qui détectent de manière fiable la moindre quantité d'hydrogène. Cela permet de détecter rapidement et facilement les fuites de toutes sortes.
Les travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre du projet phare TransHyDE sur l'hydrogène, lancé par le ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF) et l'organisation de gestion de projet Projektträger Jülich (PtJ). Des partenaires du secteur de la recherche et de l'industrie collaborent dans le cadre de ce projet afin de mettre au point des solutions pour le transport et le stockage de l'hydrogène gazeux. Carolin Pannek et l'équipe du Fraunhofer IPM étaient en charge du sous-projet sur les infrastructures sûres.
L'hydrogène est utilisé dans un large éventail de scénarios et d'applications, c'est pourquoi les chercheurs du Fraunhofer ont mis au point trois systèmes de capteurs différents.
Capteur ultrasonique avec effet photoacoustique
La lumière peut faire vibrer un gaz et générer ainsi des ondes sonores. Les chercheurs utilisent cet effet photoacoustique pour leur capteur à ultrasons. Dans cette technologie, la lumière est diffusée dans le dispositif à partir d'une source lumineuse, ce qui génère des ondes sonores résonantes dans le gaz à une fréquence située dans la gamme des ultrasons. Lorsque de l'hydrogène pénètre dans le récipient à travers une membrane, la résonance change, ce qui modifie la tonalité. Les microphones MEMS (systèmes microélectromécaniques) enregistrent le changement de tonalité. Cette méthode peut être utilisée pour détecter les fuites d'hydrogène dans les réservoirs ou les pipelines, par exemple. "Ce capteur pourrait être utilisé pour contrôler les conteneurs, les pipelines ou les connecteurs. Il serait également possible de placer plusieurs dispositifs dans une pièce, comme des détecteurs de fumée, et de les combiner en un réseau de capteurs", explique Pannek, chef de projet au Fraunhofer.
Mais le capteur à ultrasons peut faire encore plus. Il est si précis qu'il enregistre même la présence de molécules d'autres substances dans l'hydrogène en tant que niveaux minimaux de contamination. Les piles à combustible telles que celles utilisées pour produire de l'électricité dans les camions nécessitent de l'hydrogène d'une grande pureté. La moindre contamination pourrait endommager les membranes sensibles. Le capteur peut être utilisé dans ces applications pour vérifier si l'hydrogène est vraiment pur.
Spectromètre laser
Une alternative au stockage laborieux de l'hydrogène sous forme gazeuse dans des réservoirs à haute pression ou sous forme liquide à une température négative de 253 degrés Celsius dans des cryotanks est l'utilisation de l'ammoniac (NH3) comme matrice porteuse. Cette méthode simplifie considérablement le stockage et le transport. Mais comme l'ammoniac est hautement toxique, une détection rapide et fiable des fuites est essentielle. Le Fraunhofer IPM a mis au point un spectromètre laser pour la détection à distance de l'ammoniac. Il absorbe la longueur d'onde de l'ammoniac et réagit donc immédiatement. Le système affiche ensuite le résultat sur un écran. "Les spécialistes peuvent tenir notre appareil compact dans leur main pour vérifier les pipelines ou les réservoirs à une distance sûre de 50 mètres. Monté sur un robot ou un drone, il peut être utilisé pour contrôler des installations industrielles ou survoler des pipelines", explique M. Pannek.
Spectroscopie Raman
Le troisième système de mesure repose sur le principe de la spectroscopie Raman. L'effet Raman, nommé d'après le scientifique C. V. Raman, est produit par les interactions entre la lumière et la matière. La lumière réfléchie par la matière a une longueur d'onde différente de celle émise par la source. Cela signifie que chaque type de matière a sa propre "empreinte" spectroscopique.
Le Fraunhofer IPM a des années d'expérience dans la conception et la configuration de systèmes Raman. Dans le cadre du projet TransHyDE, les chercheurs ont mis au point un capteur Raman à base de filtres qui détecte sélectivement l'hydrogène dans des milieux complexes. Le dispositif fonctionne avec des composants peu coûteux, notamment une caméra CMOS bon marché, et il est portable, ce qui permet de l'utiliser comme station d'essai mobile pour quantifier l'hydrogène. Le système est utilisé dans des applications telles que la production d'hydrogène dans le secteur de l'énergie.
Des systèmes polyvalents, des conseils pour les projets liés à l'hydrogène
Tous les systèmes de capteurs sont conçus pour être polyvalents afin de pouvoir être adaptés à un large éventail de scénarios différents. Les experts du Fraunhofer interviennent au besoin pour conseiller les clients de l'industrie, les fournisseurs d'énergie et les exploitants de projets liés à l'hydrogène sur toutes sortes de questions relatives à la sécurité d'utilisation. Pannek croit fermement en l'avenir de l'hydrogène : "L'expansion de l'économie de l'hydrogène peut commencer maintenant".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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