Газоциркуляционные насосы в водородной энергетике стали ключевым элементом

Подготовка и осушка водорода становятся критическими условиями его использования в энергетике, химической промышленности, металлургии. Ключевую роль играют газоциркуляционные насосы.

Фото Prozesstechnik-Online. Насос Ziclon Z04 обеспечивает постоянную циркуляцию газа

Елена Иванова

Водородная энергетика становится одним из ключевых элементов глобальной стратегии перехода к низкоуглеродной экономике. Водород востребован в энергетике, химической промышленности, металлургии и транспортной отрасли — особенно в системах на топливных элементах.

Однако потенциал водорода раскрывается только при условии высокой чистоты газа. Даже при производстве методом электролиза воды в газе остаются примеси: водяной пар, кислород, следовые количества углеводородов и масел. Эти загрязнения способны снизить эффективность процессов и повредить оборудование. Поэтому подготовка и осушка водорода — критически важный этап технологической цепочки. Стандарты чистоты водорода зависят от сферы применения. Наиболее жёсткие требования предъявляются к газу, используемому в топливных элементах (для транспорта и стационарных энергоустановок), в высокоточных химических процессах (например, при производстве полупроводников), а также при хранении и транспортировке водорода.

Технологические процессы очистки и осушки водорода

После генерации (например, в электролизёрах) водород направляется на блоки подготовки, где проходит несколько стадий обработки. Наиболее распространённый метод — адсорбционная осушка. Газ пропускают через слой адсорбента, который поглощает влагу. В качестве адсорбентов используют молекулярные сита (цеолиты), которые эффективны при низких концентрациях влаги. Активированный оксид алюминия выбирают за его устойчивость к механическим нагрузкам. Силикагели отличаются высокой поглотительной способностью.

Процесс осушки проходит по циклической схеме. Сначала газ проходит через адсорбционный аппарат, и влага поглощается материалом. Затем адсорбент восстанавливают нагревом или снижением давления, удаляя накопленную влагу, после чего подготовленный адсорбент охлаждают перед следующим циклом.

Для поддержания стабильности процесса необходима постоянная циркуляция газа, которую обеспечивают газоциркуляционные насосы.

Примеси ведут к снижению КПД и износу оборудования

Три вида загрязнений снижают качество водорода. Водяной пар провоцирует коррозию и образование конденсата. Кислород вызывает окислительные реакции, которые особенно опасны при высоких давлениях, а углеводороды и масла загрязняют катализаторы в топливных элементах и сокращают срок службы мембран.

Даже минимальные примеси в водороде ведут к деградации катализаторов, снижению КПД топливных элементов. Оборудование быстрее изнашивается, что ведет к росту эксплуатационных расходов.

Помимо осушки, применяют методы удаления загрязнений, проводя каталитическое окисление или устанавливая мембранные фильтры. При высоких требованиях к чистоте до 99,999% используется криогенная сепарация.

Но ключевой элемент систем осушки и очистки — газоциркуляционные насосы.

Фото: Prozesstechnik-Online. Насос Ziclon Z04

Требования к насосам для водорода

Газоциркуляционные насосы обеспечивают непрерывное движение газа через адсорбционные блоки. Кроме того, они создают стабильное давление в системе и равномерно распределяют нагрузки на адсорбент.

Производители таких агрегатов используют безмасляную конструкцию насосов, что исключает загрязнение газа смазочными материалами. Одним из главных требований становится высокая герметичность, поскольку водород легко проникает через микроскопические дефекты уплотнений. Для хранилищ водорода и его транспортировки используются насосы с устойчивостью к высокому давлению до 400 бар.

Современные модели, например, серии Ziclón, сочетают герметичность, высокую производительность и долговечность, что критично для непрерывных производственных циклов.

Фото: Prozesstechnik-Online. Насос Ziclon Z04

100 млрд долларов на развитие водородной инфраструктуры за два года

Рост водородной энергетики стимулирует спрос на специализированное оборудование: насосы, компрессоры, адсорбционные установки. По оценкам аналитиков, в 2023–2025 годах на развитие водородной инфраструктуры направлено свыше 100 млрд долларов, из которых около 40% приходится на системы хранения и транспортировки газа.

До 2030 года планируется ввести в строй свыше 2500 водородных АЗС. Кроме того, развиваются промышленные кластеры с замкнутым циклом водородных технологий. И решающую роль играет государственная поддержка декарбонизации, которую выделяют правительства, в первую очередь, в Европе.

Для создания новой инфраструктуры востребованы, в первую очередь, поршневые компрессоры для высокого давления до 700 бар, диафрагменные компрессоры безмасляной конструкции, которые подходят для топливных элементов, а также центробежные компрессоры, которые показывают высокую производительность при средних давлениях, и криогенные насосы для жидкого водорода (температура ниже −253 °C).

Кто производит оборудование для водородной инфраструктуры

Рынок водородных насосов и компрессоров консолидирован вокруг крупных машиностроительных компаний:

Компании работают над увеличением рабочих давлений до 1000 бар и разрабатывают новые материалы, устойчивые к водородной хрупкости. К их числу относятся специальные сплавы и композиты.

Еще одно слабое место водородной отрасли — отсутствие единых требований к чистоте водорода для разных отраслей, поэтому идет работа по стандартизации процессов. Чистота водорода — не просто технический параметр, а основа экономической эффективности водородной энергетики. Совершенствование технологий подготовки и осушки газа, а также развитие специализированного оборудования (насосов, компрессоров, адсорбционных систем) напрямую влияют на надёжность и рентабельность водородных проектов.

В ближайшие годы рынок ожидает рост спроса на безмасляные, высокогерметичные решения, способные работать при экстремальных давлениях и температурах. Инвестиции в эти технологии станут катализатором перехода к устойчивой «зелёной» экономике.