Obecnie najpopularniejsze technologie magazynowania wodoru obejmują magazynowanie w warunkach wysokiego ciśnienia w gazie, magazynowanie w warunkach kriogenicznych oraz magazynowanie w stanie stałym. Spośród nich magazynowanie w warunkach wysokiego ciśnienia w gazie stało się najbardziej rozwiniętą technologią ze względu na niski koszt, szybkie tankowanie wodoru, niskie zużycie energii i prostą konstrukcję, co czyni je preferowaną technologią magazynowania wodoru.
Cztery rodzaje zbiorników do magazynowania wodoru:
Oprócz pojawiających się nowych zbiorników kompozytowych typu V bez wewnętrznych wkładek, na rynku pojawiły się cztery rodzaje zbiorników do magazynowania wodoru:
1. Zbiorniki całkowicie metalowe typu I: Te zbiorniki oferują większą pojemność przy ciśnieniu roboczym od 17,5 do 20 MPa, przy niższych kosztach. Są stosowane w ograniczonych ilościach w ciężarówkach i autobusach zasilanych CNG (sprężonym gazem ziemnym).
2. Zbiorniki kompozytowe z metalową wyściółką typu II: Zbiorniki te łączą metalowe wyściółki (zazwyczaj stalowe) z materiałami kompozytowymi nawiniętymi w kierunku obwodowym. Zapewniają stosunkowo dużą pojemność przy ciśnieniu roboczym od 26 do 30 MPa, przy umiarkowanych kosztach. Są szeroko stosowane w pojazdach napędzanych CNG.
3. Zbiorniki kompozytowe typu III: Zbiorniki te charakteryzują się mniejszą pojemnością przy ciśnieniu roboczym od 30 do 70 MPa, wkładami metalowymi (stal/aluminium) i wyższymi kosztami. Znajdują zastosowanie w lekkich pojazdach z ogniwami paliwowymi wodorowymi.
4. Zbiorniki kompozytowe wyłożone tworzywem sztucznym typu IV: Zbiorniki te oferują mniejszą pojemność przy ciśnieniu roboczym od 30 do 70 MPa, z wyściółką wykonaną z materiałów takich jak poliamid (PA6), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) i tworzywa poliestrowe (PET).
Zalety zbiorników do magazynowania wodoru typu IV:
Obecnie na rynkach światowych powszechnie stosuje się zbiorniki typu IV, podczas gdy na rynku komercyjnego magazynowania wodoru nadal dominują zbiorniki typu III.
Powszechnie wiadomo, że gdy ciśnienie wodoru przekroczy 30 MPa, może dojść do nieodwracalnej kruchości wodorowej, prowadzącej do korozji metalowej tulei i pęknięć. Taka sytuacja może potencjalnie doprowadzić do wycieku wodoru i późniejszej eksplozji.
Dodatkowo, aluminium i włókno węglowe w warstwie uzwojenia wykazują różnicę potencjałów, co sprawia, że bezpośredni kontakt między aluminiową tuleją a uzwojeniem z włókna węglowego jest podatny na korozję. Aby temu zapobiec, naukowcy dodali warstwę antykorozyjną między tuleją a warstwą uzwojenia. Zwiększa to jednak całkowitą masę zbiorników wodoru, co z kolei utrudnia logistykę i zwiększa koszty.
Bezpieczny transport wodoru: priorytet:
W porównaniu ze zbiornikami typu III, zbiorniki do magazynowania wodoru typu IV oferują znaczące korzyści pod względem bezpieczeństwa. Po pierwsze, zbiorniki typu IV wykorzystują niemetalowe wykładziny wykonane z materiałów kompozytowych, takich jak poliamid (PA6), polietylen wysokiej gęstości (HDPE) i tworzywa poliestrowe (PET). Poliamid (PA6) charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością na rozciąganie, odpornością na uderzenia i wysoką temperaturą topnienia (do 220°C). Polietylen wysokiej gęstości (HDPE) charakteryzuje się doskonałą odpornością na ciepło, odpornością na pęknięcia naprężeniowe, wytrzymałością i udarnością. Dzięki wzmocnieniu tymi kompozytowymi materiałami z tworzyw sztucznych, zbiorniki typu IV wykazują doskonałą odporność na kruchość wodorową i korozję, co przekłada się na dłuższą żywotność i większe bezpieczeństwo. Po drugie, lekkość kompozytów z tworzyw sztucznych zmniejsza masę zbiorników, co przekłada się na niższe koszty logistyczne.
Wniosek:
Integracja materiałów kompozytowych w zbiornikach wodoru typu IV stanowi znaczący postęp w zakresie poprawy bezpieczeństwa i wydajności. Zastosowanie wkładów niemetalowych, takich jak poliamid (PA6), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) i tworzywa poliestrowe (PET), zapewnia lepszą odporność na kruchość wodorową i korozję. Co więcej, lekkość tych kompozytów plastikowych przyczynia się do zmniejszenia masy i obniżenia kosztów logistycznych. Wraz z rosnącym wykorzystaniem na rynku zbiorników typu IV i utrzymującą się dominacją zbiorników typu III, ciągły rozwój technologii magazynowania wodoru ma kluczowe znaczenie dla pełnego wykorzystania potencjału wodoru jako czystego źródła energii.
Czas publikacji: 17-11-2023