グリーン水素製造における電解槽運用の効率化

カーボンニュートラルで注目される次世代水素製造プロセス

現在の水素製造における産業プロセスには水蒸気改質法が広く使われています。水蒸気改質法は大量の水素を効率的かつ低コストで生産できる反面、原料や燃料として化石燃料を使用するためCO₂が排出される課題があります。

一方、近年では再生可能エネルギーを使用した水の電気分解による「グリーン水素」の製造がカーボンニュートラルを実現する方法の一つとして注目されています。

この製造プロセスは複数の装置で構成されていますが、その中核となるのが電解槽です。

 

グリーン水素を作る電解槽の仕組み

水電解装置にはいくつかの種類がありますが、代表的なものに、アルカリ水電解装置（AWE）やプロトン交換膜型水電解装置（PEM）があります。いずれの方式でもセルと呼ばれる構成要素に電流を印加することで電解反応を起こし、水素ガスを発生させます。
セルは電極（陽極、陰極）と膜、バイポーラプレートや隔壁で構成されており、セルに電解液を流し、電極に電流を印加することで電解を行います。

電解槽ではこのセルを幾層にも積み重ねて電流を印加することで、効率的に多くの水素を製造します。

 

水素生産量の最大化と消費電力削減のために

セル電圧測定（CVM）で電解槽の効率化を実現するSMARTDAC+

電気分解による水素製造では多くの電力を使用し、運用コストの大部分を電力費用が占めます。そのため、消費電力の削減は非常に重要な課題です。水素の製造を効率よく行いながら消費電力を削減するためには、セルの電力効率を十分引き出す必要があるため、セルへの供給電力を適切に管理し、定期的にセルのメンテナンスを行うことが必要不可欠です。その手法として、セルの電圧測定（Cell Voltage Monitoring、以下CVMと呼ぶ）があります。各セルの電圧傾向からセルの状態を把握することで、効率的な運用とトラブル防止に役立ちます。

SMARTDAC+シリーズのデータアクイジションシステムGMとデータロギングソフトウェアGA10は、CVMを実現するための最適なシステムを提供します。GMは、簡単に必要なモジュールを組み合わせることができるブロック構造を採用した、汎用性と拡張性、メンテナンス性に優れたデータロガーです。GA10はPCベースのデータ収集ソフトウェアで、収集したデータのモニタと加工を容易に実現します。必要なデータのみを加工して上位システムへ送ることで、効率的なデータ管理を可能にします。

 

CVMシステムにおけるSMARTDAC+の４つの特長

---

電解槽のセル電圧を高精度に収集

GM10は電解槽からのデータを正確に収集します。

CVMでは多チャネルの電圧を測定することが必要ですが、GM10と拡張モジュールGX90EXを使用することで、最大420chのセル電圧を同時に測定することが可能です。

GM10はセルの微小な電圧変化を正確に記録します。
実力値として±(0.01% of rdg +2mV)*の測定確度を持っています。また、ディジタルデータの表示分解能も100μV（±2Vレンジの場合）、100mV（±6Vレンジの場合）と高分解能なデータ測定が可能です。

* 6Vレンジにおける、製造集荷時の確度検査データから算出した値です。

 

電解槽のデータの信頼性をサポート

GM10は電解槽からの収集データの信頼性を向上させます。

GMシリーズはノイズ耐性に優れており、様々なお客様に長年採用されています。電解槽のように大電流を扱う過酷なノイズ環境下でも安定して正確に測定データを収集することが可能で、電解槽を使った苛性ソーダの生産現場でも多くの実績があります。

GM10はデータロガーとして、データを現場で保存します。ネットワーク障害や通信エラーなどで上位システムでのモニタリングが中断された場合でも、GM10には測定データがファイルとして保持されます。

GM10を使用することで、リモートIOでは実現できないデータの信頼性を担保します。

 

電解槽のセル電圧を効率的にモニタリング

GA10を使うと、電解槽のセル電圧を簡単かつ効率的にモニタすることができます。

GA10は最大100台の機器と接続でき、最大10,000点のタグデータを扱います。これらのデータをモニタリングするためのプログラム作成や複雑な設定は不要です。GA10に機器を接続すると、GA10は機器を自動で検出し、使用する機器を登録するだけでモニタリングを開始できます。

 

電解槽のセル電圧測定値を価値あるデータに変換

GA10は電解槽のセル電圧データを演算機能により加工することができます。

GM10で収集したセル電圧データを使って、任意のセルの移動平均値やセルスタック全体の平均電圧など、電解槽の運用に有意なデータへ加工することができます。また、データを加工してからDCSなどの上位システムに必要なデータのみを送信することで、効率的なシステム構築が可能になります。

 

豊富なネットワーク機能で自在なシステム構成

GM10とGA10の豊富なネットワーク機能によって、お客様システム全体のデータを容易に共有、モニタリングすることが可能です。

GM10とGA10は様々な通信プロトコルに対応しています。PLCなどのコントローラやフィールド機器などの下位デバイス、DCSやSCADAなどの上位システムと通信することにより、柔軟なネットワークを構築できます。