Dzięki unijnej dotacji wkrótce ruszą prace nad stworzeniem wysokociśnieniowych zbiorników kompozytowych do transportu wodoru tzw. rurowozami. Pozwolą na przewożenie i gromadzenie aż 1,5 tony tego gazu pod ciśnieniem 700 bar. Rozwiązanie – znacznie przekraczające dotychczasowe możliwości zbiorników na wodór – opracuje międzynarodowe konsorcjum, w którym są naukowcy z Wydziału Mechanicznego PWr.
Prace nad zbiornikiem są możliwe dzięki dotacji przyznanej przez Komisję Europejską. Projekt „ROAD TRHYP*” zyskał 2,5 mln euro dofinansowania z programu Horyzont Europa. Pracami pokieruje Air Liquide – francuskie przedsiębiorstwo chemiczne działające na globalnym rynku i specjalizujące się w wytwarzaniu gazów przemysłowych. W konsorcjum są także inne europejskie firmy z dużym doświadczeniem w rozwijaniu technologii wodorowych i kompozytowych: Covess NV Belgium, Arkema France, Segula Slovensko i Envitest J. Pacholski oraz instytucje naukowe – francuska organizacja rządowa Centre National de la Recherche Scientifique i Politechnika Wrocławska.
Na Politechnice Wrocławskiej badania będą prowadzić naukowcy z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej, kierowani przez dr. inż. Pawła Gąsiora.
Zbiorniki do transportu i magazynowania
Konsorcjum zajmie się opracowaniem zbiorników, które pozwolą na transport bardzo dużych ilości wodoru – co jest kluczowe w kontekście wykorzystywania tego gazu jako bardziej ekologicznej alternatywy dla m.in. paliw kopalnych.
Naukowcy i specjaliści z firm uczestniczących w projekcie będą więc pracować nad wysokociśnieniowymi zbiornikami kompozytowymi (typu V) o dużych objętościach, służących do transportu wodoru przy pomocy tzw. rurowozów (z ang. tube-trailers).
Mają one pomieścić aż 1,5 tony tego gazu, przechowywanego pod ciśnieniem 700 bar. Uczestnicy projektu zobowiązali się też, że koszt wytworzenia tego zbiornika będzie niższy niż 400 euro na kilogram przewożonego wodoru.
– Pod każdym względem nasze rozwiązanie będzie więc znacznie przewyższało te obecnie wykorzystywane – zaznacza dr Gąsior. – Do tej pory konstruowano zbiorniki do transportu maksymalnie 800 kg wodoru, a koszt ich produkcji w przeliczeniu na kilogram waha się od 600 do 800 euro.
Zbiorniki będą mogły służyć nie tylko do przewożenia wodoru z miejsca jego produkcji do np. stacji tankowania pojazdów na wodór (w przypadku, gdy nie da się go tam transportować rurociągiem), ale także do magazynowania tego gazu.
Jak tłumaczą naukowcy, miejsca, które pozyskują energię ze źródeł odnawialnych jak fotowoltaika czy turbiny wiatrowe, mogą łączyć takie instalacje z elektrolizerem produkującym wodór. W momentach nadmiarowej produkcji energii byłaby ona przetwarzana na wodór i magazynowana w zbiorniku, a w okresie zastoju (przy braku słonecznej pogody czy wiatru) wodór byłby przetwarzany na energię.
Piąta generacja, czyli jaka?
Obecnie w branży technologii wodorowych coraz powszechniej stosowane są zbiorniki tzw. czwartej generacji. W przeciwieństwie do wcześniejszych rozwiązań niemal nie mają w sobie elementów metalowych (poza przyłączami do mocowania „butli”). Liner, czyli część bezpośrednio odpowiadająca za zatrzymanie gazu w środku, jest w nich zbudowany z tworzyw takich jak polietylen.
W projekcie „ROAD TRHYP” konstruktorzy chcą pójść jeszcze dalej, tworząc zbiorniki piątej generacji. W praktyce oznacza to, że w ogóle nie będą miały linera, który zawsze stanowi najsłabsze ogniwo w kontekście bezpieczeństwa zbiornika.
– Szczelność będzie w nich zapewniała warstwa wewnętrzna z termoplastycznego tworzywa, która w procesie produkcyjnym przeniknie w strukturę kompozytową zbiornika niczym żywica – tłumaczy dr Gąsior.
Ekstremalne testy na PWr
Na Politechnice Wrocławskiej zbiorniki będą przechodziły właśnie badania związane z ich bezpieczeństwem.
– Będą to badania hydrauliczne, bo większość takich testów prowadzonych na zbiornikach gazowych jest realizowana z użyciem substancji ciekłych jak woda, glikol czy olej hydrauliczny – tłumaczy dr Gąsior. – Przeprowadzimy szereg testów mechanicznych, wytrzymałościowych, a także badania cykliczne-zmęczeniowe w temperaturach pokojowych i ekstremalnych.
Jak tłumaczy prof. Jerzy Kaleta z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej, takie testy służą określeniu, czy zbiorniki na wodór spełnią bardzo wyśrubowane normy bezpieczeństwa. Pozwalają one na określenie wartości granicznych dla tych konstrukcji. – Dlatego naszym zadaniem jest np. rozrywanie takich butli przy obciążeniach qusistatycznych, badanie cykliczne odpowiadające procesowi tankowania i roztankowania, programowane uszkadzanie butli i sprawdzanie jej resztkowej wytrzymałości, badania penetracyjne powłoki kompozytowej z wykorzystaniem broni czy testowanie w niskich (arktycznych) lub wysokich (tropikalnych) temperaturach – wyjaśnia. – Musimy sprawdzić, jaka jest wytrzymałość takiego zbiornika i czy jego zawór bezpieczeństwa zadziała tak jak powinien, czyli stopniowo upuszczając niewielkie ilości gazu, który się wypali, żeby nie doprowadzić do rozerwania „butli”. Wszystkie te badania prowadzimy w naszym Laboratorium Zbiorników Wysokociśnieniowych z wykorzystaniem zaawansowanych urządzeń, jako że takie zbiorniki są budowane z niezwykle wytrzymałych materiałów, w tym tzw. wysokomodułowych włókien węglowych.
Źródło: Politechnika Wrocławska