Independientemente de si el hidrógeno proviene de una fuente gris, azul o verde, su grado de pureza es fundamental cuando el destino final es una pila de combustible. El reto analítico es considerable: los límites de impurezas se expresan en partes por mil millones (ppb) para varios compuestos químicos, y calibrar los analizadores que verifican estos límites no es nada trivial.

¿Por qué son tan bajos los límites de pureza del combustible de hidrógeno?

La primera pregunta que se hace cualquier químico analítico al leer los niveles máximos de impurezas autorizados es: ¿por qué son tan bajos estos límites?

La respuesta radica en cómo los ingenieros de pilas de combustible establecieron estos umbrales, trabajando a partir de los requisitos de rendimiento. Una pila de combustible utilizada como generador del motor de un vehículo debe funcionar durante 200 000 km (125 000 millas) sin averías ni reparaciones importantes.

Las impurezas contenidas en el combustible de hidrógeno se depositan en la superficie de la pila de combustible, lo que reduce su actividad catalítica y, por lo tanto, el rendimiento del motor. Dado que se trata de un fenómeno acumulativo, los ingenieros calcularon la masa total permitida de cada contaminante a lo largo de toda la vida útil del vehículo. Este cálculo se formalizó en la norma ISO 14687, la norma internacional que define la calidad del combustible de hidrógeno para las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM).

El método es sencillo: se toma la masa máxima tolerable de una impureza determinada, se divide por la cantidad total de hidrógeno consumida a lo largo de la vida útil del vehículo (expresada en masa o volumen) y el resultado es la concentración máxima para ese compuesto. Es una lógica simple, pero conduce a concentraciones a nivel de trazas, a menudo en el rango de ppb o incluso sub-ppb.

Dos retos importantes para el químico analítico

El analista responsable de certificar la calidad del combustible de hidrógeno se enfrenta a dos retos simultáneos:

• Encontrar el instrumento analítico adecuado capaz de detectar y cuantificar impurezas a niveles de ppb.
• Obtener gases de calibración fiables a esos mismos niveles de concentración, de forma regular, con valores de incertidumbre trazables y estrechos.

El problema con los gases patrón certificados comerciales

Para la mayoría de los compuestos enumerados en la norma ISO 14687, simplemente no existen gases de calibración certificados comerciales en los niveles traza requeridos, o bien tienen serias limitaciones:

• Plazos de entrega largos y variables(varias semanas).
• Corta vida útil, a veces tan baja como 3 mesespara compuestos reactivos traza.
• Alta incertidumbre certificada: del 10 al 20 %, lo que se propaga directamente a la incertidumbre de medición del resultado final.
• Coste muy alto: cuanto menor es la concentración, más caro es el cilindro certificado.

Incluso cuando los estándares comerciales se acercan a los niveles de concentración objetivo, pueden diferir en uno o dos órdenes de magnitud, lo que requiere pasos de dilución adicionales que introducen más incertidumbre.

La solución del diluidor de gas: calibración in situ a cualquier concentración

Esta exigente aplicación es un caso de libro para un diluidor de gas de precisión. GasMix™, en particular los modelos Zephyr II y Aiolos III, diluye automáticamente un gas patrón certificado a cualquier concentración objetivo, con cálculo continuo y automático de la incertidumbre del gas producido.

El punto de partida es un gas patrón certificado, concentrado y disponible en el mercado: estable, económico, certificado hasta cinco años y con un valor de incertidumbre muy reducido en su concentración. GasMix™ realiza una dilución dinámica según la norma ISO 6145-7, produciendo mezclas de calibración trazables bajo demanda, a cualquier concentración entre el patrón original y el diluyente.

Ventajas clave para el análisis de combustible de hidrógeno

• Genere gases de calibración exactamente en la concentración que necesita, incluyendo el bracketing de la concentración de la muestra desconocida para una mayor precisión.
• Elimine la necesidad de múltiples cilindros certificados y costosos en diferentes concentraciones.
• Reduzca el stock, simplifique la logística y mejore la seguridad del laboratorio.
• Trazabilidad completa: registro de auditoría, cálculo automático de la incertidumbre e informes en PDF.
• Compatible con compuestos agresivos: compuestos de azufre, NOx, NH₃, COV y más.

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