Obecnie najpopularniejsze technologie magazynowania wodoru obejmują wysokociśnieniowe magazynowanie w gazie, kriogeniczne magazynowanie cieczy i magazynowanie w stanie stałym. Wśród nich wysokociśnieniowe magazynowanie gazu okazało się najbardziej dojrzałą technologią ze względu na niski koszt, szybkie tankowanie wodoru, niskie zużycie energii i prostą konstrukcję, co czyni go preferowaną technologią magazynowania wodoru.
Cztery typy zbiorników do przechowywania wodoru:
Oprócz pojawiających się zbiorników w pełni kompozytowych typu V bez wykładzin wewnętrznych, na rynek weszły cztery typy zbiorników do przechowywania wodoru:
1. Zbiorniki całkowicie metalowe typu I: Zbiorniki te oferują większą pojemność przy ciśnieniu roboczym w zakresie od 17,5 do 20 MPa, przy niższych kosztach. Są one stosowane w ograniczonych ilościach w ciężarówkach i autobusach zasilanych CNG (sprężonym gazem ziemnym).
2. Zbiorniki kompozytowe typu II z wyściółką metalową: Zbiorniki te łączą w sobie metalowe wykładziny (zwykle stalowe) z materiałami kompozytowymi nawiniętymi w kierunku obręczy. Zapewniają stosunkowo dużą wydajność przy ciśnieniach roboczych od 26 do 30 MPa, przy umiarkowanych kosztach. Są szeroko stosowane w pojazdach zasilanych CNG.
3. Zbiorniki całkowicie kompozytowe typu III: Zbiorniki te charakteryzują się mniejszą pojemnością przy ciśnieniu roboczym od 30 do 70 MPa, z metalowymi wykładzinami (stal/aluminium) i wyższymi kosztami. Znajdują zastosowanie w lekkich pojazdach z wodorowymi ogniwami paliwowymi.
4. Zbiorniki kompozytowe typu IV wyłożone tworzywem sztucznym: Zbiorniki te oferują mniejszą pojemność przy ciśnieniu roboczym od 30 do 70 MPa, z wykładzinami wykonanymi z materiałów takich jak poliamid (PA6), polietylen o dużej gęstości (HDPE) i tworzywa sztuczne poliestrowe (PET). .
Zalety zbiorników do przechowywania wodoru typu IV:
Obecnie zbiorniki typu IV są szeroko stosowane na rynkach światowych, natomiast zbiorniki typu III nadal dominują na rynku komercyjnego magazynowania wodoru.
Powszechnie wiadomo, że gdy ciśnienie wodoru przekracza 30 MPa, może wystąpić nieodwracalna kruchość wodorowa, prowadząca do korozji metalowej wykładziny i powodująca pęknięcia i pęknięcia. Sytuacja ta może potencjalnie prowadzić do wycieku wodoru i późniejszej eksplozji.
Dodatkowo aluminium i włókno węglowe w warstwie uzwojenia mają różnicę potencjałów, przez co bezpośredni kontakt pomiędzy aluminiową wkładką a uzwojeniem z włókna węglowego jest podatny na korozję. Aby temu zapobiec, badacze dodali warstwę korozji wyładowczej pomiędzy wykładziną a warstwą uzwojenia. Zwiększa to jednak całkowitą masę zbiorników wodoru, zwiększając trudności i koszty logistyczne.
Bezpieczny transport wodoru: priorytet:
W porównaniu ze zbiornikami typu III, zbiorniki wodoru typu IV oferują znaczne korzyści pod względem bezpieczeństwa. Po pierwsze, w zbiornikach typu IV zastosowano niemetalowe wykładziny składające się z materiałów kompozytowych, takich jak poliamid (PA6), polietylen o dużej gęstości (HDPE) i tworzywa sztuczne poliestrowe (PET). Poliamid (PA6) zapewnia doskonałą wytrzymałość na rozciąganie, odporność na uderzenia i wysoką temperaturę topnienia (do 220 ℃). Polietylen o dużej gęstości (HDPE) wykazuje doskonałą odporność na ciepło, odporność na pękanie pod wpływem czynników środowiskowych, wytrzymałość i odporność na uderzenia. Dzięki wzmocnieniu tych plastikowych materiałów kompozytowych zbiorniki typu IV wykazują doskonałą odporność na kruchość wodorową i korozję, co skutkuje dłuższą żywotnością i większym bezpieczeństwem. Po drugie, lekkość materiałów kompozytowych z tworzyw sztucznych zmniejsza wagę zbiorników, co skutkuje niższymi kosztami logistycznymi.
Wniosek:
Integracja materiałów kompozytowych w zbiornikach wodoru typu IV stanowi znaczący postęp w zwiększaniu bezpieczeństwa i wydajności. Zastosowanie niemetalowych wykładzin, takich jak poliamid (PA6), polietylen o dużej gęstości (HDPE) i tworzywa poliestrowe (PET), zapewnia lepszą odporność na kruchość wodorową i korozję. Co więcej, lekkość tych materiałów kompozytowych z tworzyw sztucznych przyczynia się do zmniejszenia masy i niższych kosztów logistycznych. Ponieważ zbiorniki typu IV zyskują szerokie zastosowanie na rynkach, a zbiorniki typu III pozostają dominujące, ciągły rozwój technologii magazynowania wodoru ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania pełnego potencjału wodoru jako czystego źródła energii.
Czas publikacji: 17 listopada 2023 r