Betaler du for volum eller vekt? Når du fyller diesel eller sjekker vannforbruket, føles det både rett og naturlig å betale for antall liter. Men hvis du går ut på byen og kjøper deg en øl, og bartenderen fyller glasset med nesten bare skum, vil du kanskje protestere på at det er en halvliter?
Vi liker å vite hva og hvor mye vi betaler for, og da er måten det måles på, avgjørende. Dette er grunnlaget for all handel. Og det fungerer godt når målesystemene er omforent, virker og er på plass.
Men det finnes noe som varierer veldig i hvordan det opptrer og gjør det vanskelig å måle mengde av – og derfor gjør måling, regnskap og handel vanskelig.
Viktig for grønt skifte
Hydrogen er kroneksempelet på kompliserte målinger. Hvor mye flyter egentlig forbi et gitt punkt i røret?
For å løse problemet trengs forskning. Dermed tok Cignus Instruments kontakt med Sintef, som har lang erfaring med detaljerte strømningsberegninger.
Sintef-forsker Svend Tollak Munkejord forklarer:
– Energibærere som naturgass og hydrogen holder verdien i hvert molekyl. For verdens letteste gass, hydrogen, er det vanskelig å måle nøyaktig mengde, og så langt har denne måleproblematikken vært en hindring i veien for det grønne skiftet, sier han.
– For hvordan kan vi vite hvor mye hydrogen som selges eller produseres av en elektrolysør, hvis vi ikke kan være sikre på at målingene er presise?
Hydrogen er et bittelite molekyl, som trives best i gassform. Det må settes under ganske stort trykk for å bli tettere og nesten flytende, for å ta mindre plass. Og slike trykk krever sterke rør. Stive, tykke rør. Gjerne ganske omfangsrike også, for å få flyttet store mengder.
Hydrogenet oppfører seg heller ikke helt som andre gasser i rør.
Den er så lett, så følsom og så komprimerbar at selv små trykk- og temperaturendringer får store utslag på eksisterende måleinstrumenter. Og hvis gassen med det minste av alle molekyler blir forurenset med noe større, er utslaget enormt, og beregningen av energimengde blir overvurdert. På samme måte som mengden drikkbart øl i et skumfylt glass er mindre enn et med en riktig topp av skum.
Behovet for presise mengdemålere for hydrogen er stort og helt avgjørende for at hydrogen skal kunne selges som en vare i en grønn økonomi.
Tykke, stive rør
Så til den praktiske delen av problemet: De målerne vi har i dag for måling av massestrøm i rør, de ser nærmest ut som om røret har fått brokk, og slynger seg i en tynn liten sløyfe som vibrerer. Strømming av gass eller væske gjennom sløyfen gir ørsmå endringer i vibrasjonsmønsteret.
Ved å måle disse endringene kan man finne den såkalte massestrømmen i røret. Disse vibrerende sløyfene, rørbrokkene, kaller vi coriolismålere. Ofte trengs det flere slike coriolismålere parallelt, fordi de kan bare ha en viss diameter og veggtykkelse før de blir ineffektive.
Dette er en corolismåler
Coriolis‑målere måler massestrømning direkte ved å registrere den lille vridningen som oppstår når et vibrerende rør påvirkes av gjennomstrømmende fluid.
Teknologien er svært nøyaktig fordi målingen i utgangspunktet er uavhengig av trykk, temperatur og kompressibilitet. Men selve signalet avhenger av hvor mye masse som faktisk passerer gjennom røret – og for hydrogen er massen så lav at signalet blir ekstremt svakt.
Det gjør at støy, vibrasjoner og materialbegrensninger får langt større betydning enn for andre gasser, og derfor må Coriolis‑målere designes og kalibreres med helt annen presisjon når de skal brukes på hydrogen.
Problemet med å måle hydrogen med slike målere er at det trengs tykke, stive rør for å holde på det høye trykket og samtidig ha tilstrekkelig dimensjon for nødvendig leveringskapasitet. Men det er akkurat det motsatte av hva coriolismålerne er designet og laget for.
Dette paradokset har nå fått en løsning i en ny type måler som ikke har noen trykk- eller størrelsesbegrensninger. Og som samtidig er svært følsom for måling av hydrogen og alle andre lette gasser, som for eksempel naturgass.
– Du kan se på det som en kombinasjon av høyttaler og mikrofon i ett. Bare at den sitter montert inne i et rør, forklarer Martin Nese. Han er daglig leder i Cignus Instruments.
Fikk med patentet
De er en voksen gjeng ingeniører som hadde samarbeidet lenge før de startet opp selv. Det var en omstrukturering som ga dem inspirasjonen til å starte noe nytt, som ble til Cignus Instruments.
– Vi hadde jobbet med instrumentering i oljebransjen i rundt 20 år, hos General Electric og Baker Hughes, forteller Nese.
– Da kontoret i Oslo ble lagt ned i 2020, visste vi at vi ville ta det videre selv, og gikk sammen om å videreutvikle en teknologi og et patent vi allerede hadde jobbet lenge med.
Teknologien kan sees på som en fancy «vannmåler» med spesielle fortrinn for måling av gass i rør med store dimensjoner og høye operasjonstrykk. Men denne måler masse, det vil si antall molekyler, og ikke volum.
– Disse gassene skal jo avgi energi senere, og da er det antall molekyler som teller. Spørsmålet vi måtte finne ut av, er hvor mange molekyler som strømmer gjennom røret, men uten å bruke det eksisterende designet for målere, sier Nese.
Se for deg at tusenvis av folk skal inn på en festival. Før de får sjekket billett og ransaket sekken, blir de adskilt i lange sluser, ofte med et metallgjerde mellom. Så møter de vakta og blir registrert.
På tilsvarende måte blir hydrogenmolekylene sluset gjennom en kryssformet struktur inni røret. Her er ingen vekter, men vibrasjonene som oppstår når de strømmer forbi, kan brukes til å «telle» molekylene.
Som AutoPass
Den nye fiffige løsningen deler røret i fire kanaler. Og krysset kan settes inn i et rør av hvilken som helst størrelse og tykkelse.
Det er som å gå fra bomstasjoner der du må kjøre bilen ut på siden av veien for å betale manuelt, til å kunne følge veien og bare bli registrert uten å tenke mer på det.
Den nye måleren fungerer etter samme fysiske prinsipp som coriolismålere, forklarer Martin Nese. Altså at den baseres på vibrasjon i veggstrukturen, men den er innrettet sånn at det ikke er nødvendig med samme trykktap som dagens målere krever. Den er derfor egnet for store dimensjoner og høye trykk. Ideen var god, men gjennomføringen krevde en omvei.
– Sånne ting kan ikke bare bygges uten å finberegnes først!
Dermed kontaktet Cignus energiforskerne i Sintef.
– Sintef har jobbet med fluidtransport siden Ekofisk, sier gründeren. – Det var erfaring vi i Cignus kunne dra nytte av. En tung kompetansebase som nå kan føres videre inn i Cignus og andre oppstartsbedrifter som oss.
Dessuten ønsket Cignius hjelp til å simulere hvordan løsningen fungerte i praksis:
– Simuleringsmodeller er et viktig designverktøy for oss. Det gjør at vi kan teste ut forskjellige løsninger til ulikt bruk på en datamaskin, før vi starter arbeidet med å lage den fysiske versjonen av et produkt.
Digitalt design
Hos Sintef var det Eirik Holm Fyhn og Svend Tollak Munkejord som fikk jobben med simuleringene. Nå har de testet og finjustert løsningen virtuelt og kan lene seg på både tiår med oppsamlet kunnskap og nye avanserte simuleringsmetoder.
Målet har vært å finne det optimale designet for måleren som skal være inni røret, lenge før noen sveiser en skrue. Det sparer enorme summer i feilforsøk.
– Det vi ser, er at denne måleren kan brukes for presis måling av hvor mye hydrogen som passerer, forteller Fyhn.– I tillegg har vi simulert hva som skjer når måleren settes inn i et rør i nærheten av en sving, eksempelvis en nitti graders bøy på røret.
Sintef-forskeren forklarer at dette er et komplisert samspill mellom fluid og struktur som gjør at en bøy på røret kan påvirke detaljer rundt hvordan de små vibrasjonene blir. Ved å forstå hvordan geometri påvirker oppførselen kan Cignus finne ut hvilke retningslinjer de bør gi for installasjon av massestrømsmåleren, og hvordan det eventuelt påvirker kalibreringen av den.
– Kort fortalt har vi vist at måleren fungerer godt selv om det skulle være en sving rett oppstrøms for måleren, sier Fyhn.
Det betyr at de som planlegger rørsystemer på havbunnen, slipper å legge opp rørgeometrien etter plassering av målere.
Men fortsatt er prosjektet under utvikling. Og før en slik måler skal kunne bli gullstandarden for målere, må den selv bli målt, verifisert og sertifisert.
– Målet for året er å få sertifisert en måler for hydrogen, forteller Nese i Cignus.
Verifisering
Et sentralt bruksområde er å måle hvor mye som produseres i en elektrolysør – både for å verifisere selve produksjonsprosessen og for å dokumentere mengden hydrogen som leveres. Men før prosessen kan verifiseres, må måleren selv være verifisert.
Det neste steget blir å tilpasse målere for rørtransport. Tyskland har mange hydrogenprodusenter, og det vil bli behov for å måle på alle inn- og utpunkter i rørnettverket for å sikre nøyaktig oppgjør og kontroll.
– Vi tror jo dette vil bidra til å gjøre hydrogenøkonomien mer effektiv og at det vil være avgjørende for regnskap og bunnlinje i en grønn økonomi, sier Nese.
Artikkelen ble først publisert på Gemini.no
Det danske kongeskipet har lagt til kai ved rådhuset i Oslo
