Bezpieczniejsze przechowywanie sprężonego wodoru
Wysokociśnieniowe zbiorniki są stosowane od wielu lat do przechowywania gazów przemysłowych w zbiornikach metalowych. W ostatnich latach wodór proponowany jest jako alternatywne, niegenerujące emisji paliwo dla branży transportowej. Aby można było stosować wodór w samochodach, konieczne jest jednak zmniejszenie ciężaru zbiorników, przy jednoczesnym zachowaniu ich niezawodności. Jednym z badanych rozwiązań są kompozyty oparte na włóknach węglowych, cechujące się lekkością i dużą wytrzymałością. W ramach projektu HYCOMP (Enhanced design requirements and testing procedures for composite cylinders intended for the safe storage of hydrogen) naukowcy ocenili zachowanie się węglowych materiałów kompozytowych podczas długotrwałej eksploatacji, aby uzupełnić ważną lukę w dostępnych danych eksperymentalnych. Projekt HYCOMP pozwolił na wypracowanie podstaw naukowych potrzebnych do stworzenia przepisów, kodeksów i norm dotyczących stosowania kompozytowych zbiorników do magazynowania sprężonego wodoru. Ułatwią one również opracowanie testów umożliwiających kontrolę jakości produkcji oraz przeglądy podczas eksploatacji. Uczeni wykorzystali metody emisji akustycznej do scharakteryzowania rodzaju uszkodzeń (spękanie włókien, mikropęknięcia żywicy itp.) oraz ich ewolucji w czasie. Wpływ ciśnienia i warunków otoczenia na akumulowanie się uszkodzeń przeanalizowano w skali mikro. Badania te posłużyły za podstawę do opracowania modelu numerycznego, symulującego akumulację uszkodzeń aż do krytycznego stanu awarii. Krytyczny stan awarii to punkt, po którego przekroczeniu konstrukcja staje się niestabilna z powodu gwałtownego przyspieszenia procesu degradacji prowadzącego do pęknięcia zbiornika. Równolegle posłużono się metodami badań nieniszczących do monitorowania poziomu uszkodzenia w skali makro. Te prace doświadczalne miały na celu oszacowanie roli parametrów produkcji. Aby ocenić początkową wydajność zbiornika, uczeni przeprowadzili próby przepuklenia i testy pracy cyklicznej w kontrolowanych warunkach. Dokładne przeanalizowanie danych eksperymentalnych pozwoliło badaczom na przygotowanie listy zaleceń dotyczących procedur opartego na wydajności projektowania i testowania. Ponadto przygotowano wytyczne dotyczące kontroli jakości produkcji, bazujące na wybranych parametrach procesów wpływających na sprawność zbiorników. Dzięki naukowemu przeanalizowaniu akumulacji uszkodzeń w zbiornikach na wodór wykonanych ze wzmocnionych włóknem węglowym materiałów kompozytowych zespół HYCOMP może przekazać opracowane przez siebie zalecenia organizacjom normalizacyjnym. Zgromadzona wiedza może też przyczynić się do zwiększenia akceptacji dla technologii wysokociśnieniowego magazynowania wodoru.
Słowa kluczowe
Gaz wodorowy, zbiornik, kompozyty oparte na włóknach węglowych, HYCOMP, emisja akustyczna, wysokociśnieniowe zbiorniki wodoru
