Sichere Lagertanks für komprimierten Wasserstoff
Hochdruckzylinder werden seit Jahren verwendet, um Industriegase in Metalltanks zu speichern. Vor kurzem wurde Wasserstoff als alternativer, emissionsfreier Kraftstoff in der Transportindustrie eingeführt. Doch um Wasserstoff in Automobilen zu verwenden, muss das Gewicht des Lagertanks reduziert werden, ohne an Zuverlässigkeit zu verlieren. Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffe, die ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit haben, sind eine Lösung, die erforscht wird. Im Rahmen des Projektes HYCOMP (Enhanced design requirements and testing procedures for composite cylinders intended for the safe storage of hydrogen) bewerteten die Forscher das Verhalten von Kohlenstoff-Verbundmaterialien über ihre beabsichtigten Standzeiten hinaus, um eine kritische Lücke in verfügbaren experimentellen Daten zu schließen. Die Ergebnisse von HYCOMP lieferten eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von Vorschriften, Bestimmungen und Normen für die Verwendung von Zylindern aus Verbundwerkstoffen, um komprimierten Wasserstoff zu speichern. Sie werden auch die Entwicklung von Tests für die Qualitätssicherung in der Herstellung und In-Service-Inspektion erleichtern. Insbesondere verwendeten die Forscher akustische Emissionsmethoden, um die Art der Beschädigung (Faserbrüche, Mikrorisse des Harzes etc.) und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit zu charakterisieren. Die Wirkungen von Druck und Umgebungsbedingungen auf die Schadensakkumulationsrate wurden auf Mikroskala bewertet. Diese Studien legten den Grundstein für die Entwicklung eines numerischen Modells, das die Schadensakkumulation bis zum kritischen Zustand des Schadens simuliert. Dies ist dann auch der Punkt, an dem die Struktur aufgrund der Beschleunigung des Abbauprozesses instabil wird und zum Tankriss führt. Parallel dazu wurden zerstörungsfreie Prüfverfahren verwendet, um die Schadenshöhe auf der Makro-Ebene zu überwachen. Diese experimentelle Arbeit sollte den Einfluss der Parameter des Herstellungsprozesses bewerten. Um die anfängliche Leistung des Lagertanks einzuschätzen, führten die Forscher Burst- und Wechseltests unter kontrollierten Bedingungen durch. Mithilfe einer gründlichen Analyse der experimentellen Daten konnten die Forscher eine Liste von Empfehlungen für leistungsbasiertes Design und Testverfahren definieren. Darüber hinaus wurden Richtlinien zur Qualitätssicherung der Fertigung auf der Basis ausgewählter Prozessparameter formuliert, die Tankleistung betreffen. Mit einem klaren wissenschaftlichen Verständnis der Schadensakkumulation in Kohlefaser-Verbund-Wasserstoff-Lagertanks, will das HYCOMP Team in einem nächsten Schritt die Empfehlungen den Standardisierungsgremien vorlegen. Das angesammelte Wissen könnte unterstützen die Akzeptanz von Hochdruck-Wasserstofflagertechnologien erhöhen.
Schlüsselbegriffe
Wasserstoffgas, Vorratsbehälter, Kohlefaser-Komposite, HYCOMP, Schallemission, Hochdruck-Wasserstoffspeicher
