Projekt „Polskiej Strategii Wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r.” opracowany przez Ministerstwo Klimatu i Środowiska zakłada powstanie pięciu Dolin Wodorowych w Polsce. Jest to duża szansa dla polskiego przemysłu, firm współpracujących oraz ośrodków badawczo – analitycznych. W ramach prezentacji Polskiego Ładu 8 maja 2021 r. w Jasionce podpisano list intencyjny na rzecz utworzenia Doliny Wodorowej na Podkarpaciu. Jej powstanie pozwoli wykorzystać potencjał regionu w zakresie nowoczesnych technologii, zbudować miejsce, w którym będą produkowane ogniwa paliwowe, autobusy wodorowe, a niskoemisyjny wodór będzie wykorzystywany na szeroką skalę.

Wodór pochodzący z elektrolizy wody – uznawany za najbardziej czysty – zawiera związki halogenowe oraz ślady ditlenku węgla. Możliwe są także zanieczyszczenia związane z infrastrukturą produkcyjną, magazynową i dystrybucyjną. Wśród zanieczyszczeń paliwa wodorowego, przeznaczonego do stosowania do ogniw paliwowych typu PME do celów transportowych, wymienionych w specyfikacji normy ISO 14687:2019 „Hydrogen fuel quality – product specification”, wyróżnia się gazy obojętne (hel, argon, azot) i reaktywne, do których należą np. związki fluoru, chloru, amoniak, formaldehyd, kwas mrówkowy, monotlenek węgla, węglowodory i związki siarki. Oznaczenie zawartości poszczególnych, śladowych ilości zanieczyszczeń zawartych w gazowym wodorze do ogniw paliwowych PEM, powinno być prowadzone zgodnie z normą ISO 21087:2019 Gas analysis — Analytical methods for hydrogen fuel – Proton exchange membrane (PEM) fuel cell applications for road vehicles, wg której przy zastosowaniu 14 różnych technik analitycznych, szczegółowo opisanych głównie w normach amerykańskich ASTM i normach japońskich JIS oraz publikacjach naukowych pracowników z National Physical Laboratory (NPL) z Londynu, można oznaczyć wszystkie wyspecyfikowane zanieczyszczenia. Dla każdego z zanieczyszczeń przytoczone są również nieznormalizowane metody będące rezultatem projektów badawczych, których wyniki przedstawiono w raportach. Norma ISO 21087:2019 przywołuje także normy dotyczące niepewności pomiaru oraz bardzo istotne normy ogólne dotyczące przygotowania certyfikowanych gazowych mieszanin wzorcowych. Norma ta opisuje również zagadnienia związane z pobieraniem próbek i prezentacją wyników. Szczegółowo specyfikuje informacje, które muszą być zawarte w raporcie z badań, jednoznacznie identyfikujące klienta, sposób pobierania próbki oraz prezentację wyników z badań wraz z jednostkami i niepewnościami pomiarów. Wymagane są podpisy i autoryzacje osób odpowiedzialnych w laboratorium za badania.

Obecnie w Polsce brakuje akredytowanych laboratoriów, które w swoim zakresie posiadałyby akredytację PCA na pobieranie, badania oraz ocenę zgodności próbek paliwa wodorowego z wymaganiami określonymi przez ustawodawcę na podstawie regulacji obowiązujących już w UE, a nie wprowadzonych jeszcze w Polsce. Brak jest również laboratorium, które badałoby jakość paliwa wodorowego, którego wyposażenie analityczne, sprzęt pomiarowy, stosowane wzorce, doświadczenie i kompetencje personelu, a także wdrożone i zwalidowane procedury analityczne, pozwolą na stworzenie laboratorium dedykowanego do kontroli jakości paliwa wodorowego do stosowania w ogniwach paliwowych.

Według projektu polskiej strategii wodorowej do roku 2030 z perspektywą do 2040 r. – PSW Projekt, planowane jest do utworzenia laboratorium posiadające akredytacje PCA na badania parametrów wodoru w Instytucie Energetyki w Warszawie i w ZAK S.A. w Kędzierzynie Koźlu.

Biorąc pod uwagę stopień nowości, skomplikowania i złożoności zagadnień analitycznych związanych z oceną zgodności jakości paliwa wodorowego z wymaganiami opisanymi w normie ISO 14687:2019 „Hydrogen fuel quality – Product specification”, dwa dedykowane laboratoria w Polsce to zdecydowanie za mało. Dlatego też IChPW zamierza także rozszerzyć zakres swoich usług analitycznych o badania jakości wodoru.

Zestawienie metod analitycznych odpowiednich do mierzenia zawartości zanieczyszczeń w wodorze do zastosowań w transporcie wg Normy ISO 14687:2019

Zanieczyszczenie

Limit zanieczyszczeń wg ISO 14687 Typ I D

Technika analityczna

Referencje

Woda (H2O)

5 µmol/mol

Chilled mirror hygrometer (Dew point meter

JIS K0512                Murugan and Brown

Quartz crystal microbalance

Murugan and Brown

CRDS

NPL Report AS 64

Capacitance

JIS K0512

Continuous wave CRDS

ASTM D 7941

GC-MS

NPL Report AS 64

GC-MS with jet pulse injection

ASTM D 7649

FTIR

ASTM D 7653, JIS K0512

Węglowodory ogółem (THC)

2 µmol/mol

GC-FID

ASTM D 7675

Methaniser-GC-FID

NPL Report AS 64

GC-MS ( with pre-concentrator)

ASTM D 7892         Murugan and Brown

FTIR

ASTM D 7653

Tlen (O2)

5 µmol/mol

Electrochemical sensor

ASTM D 7653

GC-MS with jet pulse injection

ASTM D7649

GC-PDHID

NPL Report AS 64

GC-TCD

NPL Report AS 64

Continuous wave CRDS

ASTM D 7941

Hel (He)

300 µmol/mol

GC-TCD

NPL Report AS 64

Azot (N2),

300 µmol/mol

GC-TCD

NPL Report AS 64

GC-PDHID

NPL Report AS 64

GC-MS with jet pulse injection

ASTM D7649

Argon (Ar)

300 µmol/mol

GC-TCD

NPL Report AS 64

GC-PDHID

NPL Report AS 64

GC-MS with jet pulse injection

ASTM D7649

Ditlenek węgla (CO2)

2 µmol/mol

Methaniser-GC-FID

NPL Report AS 64

GC-PDHID

NPL Report AS 64

GC-MS with jet pulse injection

ASTM D7649

FTIR

ASTM D 7653

Continuous wave CRDS

ASTM D 7941

Tlenek węgla (CO)

0,2 µmol/mol

GC-PDHID

NPL Report AS 64

Methaniser-GC-FID

NPL Report AS 64

FTIR

ASTM D 7653

Continuous wave CRDS

ASTM D 7941

Związki siarki ogółem

0,004 µmol/mol

GC-SCD(with pre-concetrator)

ASTM D7652

GC-FPD(with pre-concetrator)

 JIS K 512

GC-SCD(with pre-concetrator)

Murugan and Brown

Formaldehyd (HCHO)

0,2 µmol/mol

GC-MS (with pre-concetrator)

ASTM D7892

GC-MS (without pre-concetrator)

NPL Report AS 64

Continuous wave CRDS

ASTM D 7941

HPLC (with DNPH cartridge)

JIS K0303

FTIR

ASTM D 7653

Kwas mrówkowy (HCOOH)

0,2 µmol/mol

FTIR

ASTM D 7653

IC with impringer sampling device

JIS K0127

Amoniak (NH3)

0,1 µmol/mol

GC-MS

NPL Report AS 64

FTIR

ASTM D 7653

IC

IC with impringer sampling device

JIS K0127

Continuous wave CRDS

ASTM D 7941

Związki halogenowe ogółem (w przeliczeniu na jony halogenowe) f

0,05 µmol/mol

IC with impringer sampling device

JIS K0127

GC-MS (with pre-concetrator)

ASTM D7892

 



Autorzy: Roksana Muzyka, Edyta Misztal, Teresa Topolnicka
kontakt: rmuzyka@ichpw.pl  |  tel.: 32 621 62 14