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Wasserstoff und vor-ort-gasgeneratoren

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum und für alle uns bekannten Lebensformen unerlässlich. Es macht schätzungsweise 75 % der Masse der Materie des Universum aus, einschließlich 70 % der Gase, aus denen Jupiter’s besteht, und ist der Hauptbrennstoff für die Nuklearfusion, die es unserer Sonne ermöglicht, enorme Energiemengen zu produzieren. Auf der Erde ist es das Element, das am dritthäufigsten in der Atmosphäre vorkommt – in Verbindung mit Sauerstoff bildet sich Wasser (oder H2O), Voraussetzung für jegliches Leben auf diesem Planeten, und die Verbindung mit Kohlenstoff führt zu einer großen Anzahl an organischen Verbindungen, die zur Produktion einer Vielzahl moderner Güter des täglichen Bedarfs verwendet werden, von Brennstoffen bis zu Kunststoffen, Gummi, usw.


Wasserstoff wurde offiziell 1766 von Henry Cavendish entdeckt, jedoch fast 100 Jahre vorher von vielen Wissenschaftlern unbeabsichtigterweise erzeugt. Seitdem wird Wasserstoffgas in vielen Anwendungen eingesetzt. In der industriellen Produktion und Weiterverarbeitung wird Wasserstoffgas in Brennstoffzellen für Fahrzeuge, zur Weiterverarbeitung von fossilen Brennstoffen, zur Produktion von Ammoniak, als Schutzgas für Lichtbogenschweißen, als Kühlmittel für Rotoren in elektrischen Generatoren und sogar als Brennstoff für Raketen eingesetzt.

Laboranalyse und -forschung

Eine weitere, weniger bekannte Wasserstoffanwendung ist die Verwendung als Trägergas in der Gaschromatographie (GC) – ein Verwendungszweck, der erneut an Popularität als Ersatz für Helium gewonnen hat, das bislang das bevorzugte eingesetzte Trägergas war. Seitdem die Generatortechnik zur Erzeugung von Wasserstoff breiter zugänglich wurde, verbunden mit der zunehmenden Knappheit von Helium und den daraus resultierenden steigenden Kosten ist die Wasserstoffgaserzeugungnach und nach zu einer tragfähigeren Option geworden. Darüber hinaus sind die Generatoren in der Lage, Gaschromatographen kontinuierlich und sicher Wasserstoffgas zuzuführen, und die im Vergleich zu Helium höhere optimale Geschwindigkeit gestattet bei vielen Methoden kürzere Analysezeiten. Helium ist im Gegensatz zu Wasserstoff ein endlicher Rohstoff und muss gefördert werden. Dies bedeutet, dass der Preis von Angebot und Nachfrage bestimmt wird und Unsicherheit hinsichtlich der Verfügbarkeit und der Preisstabilität entsteht.

precision wasserstoffgenerator

Precision wasserstoffgasgenerator

Technologie und Berechtigung

Die Technologie der Wasserstoffgeneratoren ist mit der Zeit weiterentwickelt worden. Die ersten Modelle waren nicht besonders ausgereift und zwangen den Benutzer oft, ätzende Lösungen zum Generator hinzuzufügen, um Wasserstoffgas erzeugen zu können. Diese Vorgehensweise war weder sicher noch praktikabel. Nach mehreren Jahrzehnten Entwicklungsarbeit hat sich die Technologie maßgeblich verändert. Heute wird Laborwasserstoff normalerweise durch Elektrolyse von deionisiertem Wasser mithilfe einer Protonenaustauschmembran (PEM)-Zelle erzeugt, und die Notwendigkeit, für den Betrieb des Generators gefährliche Stoffe handhaben zu müssen, hat abgenommen.

Eine der Hauptsorgen der Labors dreht sich um die Revalidierung von Methoden zur Verwendung von Wasserstoff für die aktuell durchgeführten Analysen, von denen viele ausschließlich mit Helium als Trägergas formuliert wurden. Einige dieser Methoden sind zur Einhaltung von Standardvorgehensweisen (Standard Operating Procedures, SOP) behördlich vorgeschrieben. Dies bedeutet, dass eine Umstellung des Trägergases im Vorfeld zu validieren ist. Dies kann ein zeitraubender und teurer Vorgang sein. Die Situation ändert sich jedoch fortwährend, da im Laufe der Jahre immer mehr Methoden aktualisiert werden, um die Option von Wasserstoff als Trägergas zu berücksichtigen, und es sind viel mehr Informationen zur Vorgehensweise bei einer Methodenübertragung verfügbar.

Während wegen der im Zuge der Methodenrevalidierung verloren gehenden Zeit eine Zurückhaltung bei der Umstellung des Trägergases für die GC zu beobachten ist, zeigt die Van-Deemter-Kurve (Abbildung 1) eindeutig die Fähigkeit von Wasserstoff, die Analysezeit erheblich zu verringern. Somit wird der gesamte Validierungsprozess durch die wesentliche Erhöhung der Arbeitsablaufeffizienz bei Verwendung von Wasserstoff langfristig letztlich kompensiert.

Erfahren Sie mehr über die Umstellung des Trägergases    

GC wasserstoff und stickstoff Trägergas

Abbildung 1: Van-Deemter-Kurve

Eine weitere Sorge, die häufig von Labors geäußert wird, bezieht sich auf die Sicherheit bei der Produktion von Wasserstoff vor Ort wegen der explosiven Eigenschaften von Wasserstoffgas. Diese Bedenken können mit Labor-Wasserstoffgeneratoren ausgeräumt werden, da die produzierte Wasserstoffmenge so gering ist, dass es in einem normalen Labor, selbst ohne Belüftung, Wochen dauern würde, bis bei einer Leckage das Wasserstoff-Luft-Verhältnis die Explosionsgrenze erreicht. Darüber hinaus sind die Wasserstoffgeneratoren von Peak standardmäßig mit integrierten Sicherheitsvorrichtungen einschließlich fortschrittlichen Warnungs- und Selbstdiagnosesystemen ausgestattet. Sollte eine Leckage auftreten, unterbricht der Generator die Produktion und gibt eine entsprechende Fehlermeldung aus.

Die Verwendung von Wasserstoff im Labor nimmt zu, nachdem immer mehr Labors aufgrund der mit dem Helium verbundenen Unwägbarkeiten auf einen zweckmäßigen und vorhersehbaren Vor-Ort-Wasserstoffgenerator umstellen.

Erfahren Sie mehr über die Wasserstoffgeneratoren für GC von Peak    

Referenzen:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_production

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Electrolysis_of_water

5. http://www.livescience.com/28466-hydrogen.html

6. http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html

7. http://periodic.lanl.gov/1.shtml

8. http://www.rsc.org/periodic-table/element/1/hydrogen

9. https://en.wikipedia.org/wiki/Proton_exchange_membrane

10. https://en.wikipedia.org/wiki/Sun

11. http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/09aug_juno3/

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