Las mezclas de gases son necesarias para la I+D de nuevos combustibles en movilidad

Para ello, los analizadores están presentes en diferentes etapas de la I+D, en la cadena de proceso durante las fases de calificación en bancos de pruebas.
Los analizadores pueden utilizar diferentes gases de instrumentación, gases portadores y, especialmente, mezclas de gases específicas para calibrar estos análisis. Están surgiendo tres tipos de combustible para la movilidad:

1. E-fuel
2. Hidrógeno
3. Amoníaco

Al mismo tiempo, se necesitan nuevos criterios de análisis y los gases puros y las mezclas asociados.

1. E-fuel

El e-fuel, también conocido como biocombustible, constituye una nueva familia de combustibles, aunque todavía se encuentra en la etapa de desarrollo.
Los e-fuel son combustibles sintéticos, es decir, que obtienen de un proceso que consiste en combinar una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H₂) para formar moléculas de hidrocarburos (sin proceso de destilación de fluidos pesados).

En el caso de los e-fuel, el monóxido de carbono no proviene de la biomasa, sino de una molécula de CO₂ capturada en la atmósfera o en vertidos industriales. Por su parte, el hidrógeno se obtiene por electrólisis del agua, que transforma el agua (H₂O) en oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂).
Para la transformación de la molécula de CO₂ con el H₂ para producir e-fuel se necesita aporte de energía. Esta energía debe ser baja en carbono.
Para el control de calidad del e-fuel: el análisis de los combustibles se vuelve una necesidad para controlar la naturaleza y calidad del producto y no dañar los motores o los sistemas de inyección.
El análisis de combustión en banco de prueba o en carretera será necesario para validar este nuevo combustible con respecto a los umbrales de emisión de impurezas.
Según las impurezas emitidas, las tecnologías de análisis pueden utilizar gases de proceso (nitrógeno, hidrógeno, aire cero, etc.), gases portadores (helio, hidrógeno, etc.) y también mezclas de calibración específicas para los niveles de impurezas deseados.

2. Hidrógeno

La recuperación de energía para la movilidad a partir de hidrógeno (H₂) renovable o bajo en carbono previamente almacenado se realiza de dos formas:

• En forma de energía mediante su combustión directa con oxígeno (O₂) en motores de combustión.
• O en forma de electricidad a través de una pila de combustible (pila de combustible: reacción del hidrógeno y el oxígeno) para alimentar motores eléctricos.

Combustión de hidrógeno:

Básicamente produce agua y calor y emite óxidos de nitrógeno (NOx) y trazas de compuesto de carbono de la combustión de lubricantes del motor.
Para obtener una eficiencia muy alta y unas emisiones muy bajas de NOx, es necesario, en particular, aprovechar diferentes propiedades del hidrógeno, como su capacidad de arder rápidamente en una mezcla muy pobre.

El análisis y la cuantificación de los óxidos de nitrógeno y los compuestos de carbono son esenciales. Para garantizar las mediciones de estas impurezas, deben utilizarse  mezclas de gases específicas con diferentes concentraciones de NOx, CnHm, etc.

Hidrógeno para producir electricidad:
El hidrógeno se utiliza para alimentar una pila de combustible (PdC) en presencia de oxígeno contenido en el aire; la batería convierte la energía química del hidrógeno y el oxígeno en energía eléctrica.
Esta electricidad producida permite el funcionamiento del motor eléctrico que mueve el vehículo.
La producción eléctrica de la PdC emite vapor de agua. Como parte de las pruebas operativas y de rendimiento, se pueden realizar análisis adicionales con umbrales o niveles de impurezas residuales muy bajos. También en este caso, las tecnologías de análisis requieren mezclas de gases específicas según los índices de concentración deseados. 

Calidad del hidrógeno para las PdC:
Las normas de calidad para el hidrógeno utilizado en las pilas de combustible las establecen organismos reguladores como la Organización Internacional de Normalización (ISO) y la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME).
En Europa, la calidad del hidrógeno debe cumplir con la norma ISO 14687-2 / EN 17124. 
Empresas de servicios especializados pueden realizar el control preciso de las 14 impurezas del hidrógeno con umbrales máximos de concentración por impureza.
El muestreo debe realizarse mediante un kit de muestreo de hidrógeno en la pistola de la estación (ver tabla).

La suma de impurezas no debe exceder las 300 ppm por mol y la pureza de hidrógeno debe ser como mínimo de 99,97 (N37).
Para ello, los laboratorios de control de calidad del hidrógeno deben estar equipados con instrumentos como analizadores y mezclas asociadas para sus calibraciones.

Se han desarrollado diversos métodos analíticos para optimizar la calidad del análisis del hidrógeno. Las técnicas espectroscópicas (CG-EM) y cromatográficas con diversos detectores (FID, TCD, DID) son las que cubren más impurezas. Sin embargo, algunos compuestos no se pueden analizar espectroscópicamente: nitrógeno, argón y helio. Se debe tener en cuenta el hecho de que, aunque la misma técnica permite realizar el análisis, puede requerir múltiples configuraciones o hardware diferente para proporcionar estos resultados.
Otra desventaja es el análisis de hidrocarburos, azufre y compuestos halogenados, que es parcial; es decir, que sólo se detectan determinados compuestos de estas familias.

3. Amoníaco

El amoníaco, un derivado nitrogenado del hidrógeno, es uno de los vectores energéticos más prometedores para sustituir los derivados del petróleo.
Se trata de una molécula sin carbono (NH₃), cuyo uso como combustible permite, al igual que el hidrógeno, evitar las emisiones de CO₂, CO o incluso eliminar o reducir las partículas de hollín.
Para que los motores térmicos sean más limpios, están aumentando los prototipos de motores que funcionan con amoníaco.
El amoníaco es muy corrosivo, por lo que para utilizarlo en un motor de gasolina o diésel es necesario eliminar todos los elementos de cobre, níquel y caucho para evitar problemas de fiabilidad.
Será necesario analizar la combustión en un banco de motores o en carretera para validar este nuevo combustible con respecto a los umbrales de emisión de impurezas.
Dependiendo de las impurezas buscadas, las tecnologías de análisis pueden usar gases de proceso (nitrógeno, hidrógeno, aire cero, etc.), gases portadores (helio, hidrógeno, etc.), pero también mezclas de calibración específicas para los niveles deseados de impurezas. 
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