Tyypin IV vedyn varastosäiliöiden edistysaskeleet: Komposiittimateriaalien sisällyttäminen parannettua turvallisuutta varten

Tällä hetkellä yleisimpiä vedyn varastointiteknologioita ovat korkeapaineinen kaasun varastointi, kryogeenisen nesteen varastointi ja kiinteän olomuodon varastointi. Näistä korkeapaineinen kaasun varastointi on noussut kehittyneimmäksi teknologiaksi alhaisten kustannustensa, nopean vedyn tankkauksensa, alhaisen energiankulutuksensa ja yksinkertaisen rakenteensa ansiosta, mikä tekee siitä ensisijaisen vedyn varastointitekniikan.

Neljä tyyppiä vedyn varastosäiliöitä:

Uusien, sisävuorauksettomien tyypin V täyskomposiittisäiliöiden lisäksi markkinoille on tullut neljä erilaista vedyn varastosäiliötä:

1. Tyypin I täysmetallisäiliöt: Nämä säiliöt tarjoavat suuremman tilavuuden 17,5–20 MPa:n käyttöpaineilla ja alhaisemmat kustannukset. Niitä käytetään rajoitetusti CNG-käyttöisissä (paineistettua maakaasua) kuorma-autoissa ja linja-autoissa.

2. Tyypin II metallivuoratut komposiittisäiliöt: Näissä säiliöissä yhdistyvät metallivuoraukset (yleensä teräs) ja komposiittimateriaalit, jotka on kierretty vanteen muotoon. Ne tarjoavat suhteellisen suuren tilavuuden 26–30 MPa:n käyttöpaineissa kohtuullisin kustannuksin. Niitä käytetään laajalti CNG-ajoneuvosovelluksissa.

3. Tyypin III täyskomposiittisäiliöt: Näillä säiliöillä on pienempi tilavuus 30–70 MPa:n käyttöpaineissa, metallivuoraus (teräs/alumiini) ja korkeammat kustannukset. Niitä käytetään kevyissä vetykäyttöisissä polttokennoajoneuvoissa.

4. Tyypin IV muovivuoratut komposiittisäiliöt: Näiden säiliöiden tilavuus on pienempi 30–70 MPa:n käyttöpaineilla, ja niiden vuoraukset on valmistettu esimerkiksi polyamidista (PA6), suurtiheyksisestä polyeteenistä (HDPE) ja polyesterimuovista (PET).

Tyypin IV vetysäiliöiden edut:

Tällä hetkellä tyypin IV säiliöitä käytetään laajalti maailmanlaajuisilla markkinoilla, kun taas tyypin III säiliöt hallitsevat edelleen kaupallisia vedyn varastointimarkkinoita.

On hyvin tunnettua, että kun vedyn paine ylittää 30 MPa, voi esiintyä peruuttamatonta vetyhaurastumista, mikä johtaa metallivuorauksen korroosioon ja halkeamiin ja murtumiin. Tämä tilanne voi mahdollisesti johtaa vetyvuotoon ja sitä seuraavaan räjähdykseen.

Lisäksi käämikerroksen alumiinimetallilla ja hiilikuidulla on potentiaaliero, mikä tekee alumiinivuorauksen ja hiilikuitukäärin välisen suoran kosketuksen alttiiksi korroosiolle. Tämän estämiseksi tutkijat ovat lisänneet vuorauksen ja käämikerroksen väliin purkauskorroosiokerroksen. Tämä kuitenkin lisää vetysäiliöiden kokonaispainoa, mikä lisää logistisia vaikeuksia ja kustannuksia.

Turvallinen vedyn kuljetus: Ensisijainen tavoite:
Tyypin III säiliöihin verrattuna tyypin IV vedyn varastosäiliöt tarjoavat merkittäviä etuja turvallisuuden suhteen. Ensinnäkin tyypin IV säiliöissä käytetään ei-metallisia vuorauksia, jotka on valmistettu komposiittimateriaaleista, kuten polyamidista (PA6), suurtiheyksisestä polyeteenistä (HDPE) ja polyesterimuoveista (PET). Polyamidilla (PA6) on erinomainen vetolujuus, iskunkestävyys ja korkea sulamislämpötila (jopa 220 ℃). Suurtiheyksisellä polyeteenillä (HDPE) on erinomainen lämmönkestävyys, ympäristöjännityshalkeilun kestävyys, sitkeys ja iskunkestävyys. Näiden muovikomposiittimateriaalien vahvistamisen ansiosta tyypin IV säiliöt osoittavat erinomaista vastustuskykyä vedyn haurastumista ja korroosiota vastaan, mikä pidentää käyttöikää ja parantaa turvallisuutta. Toiseksi muovikomposiittimateriaalien kevyt rakenne vähentää säiliöiden painoa, mikä johtaa alhaisempiin logistiikkakustannuksiin.

Johtopäätös:
Komposiittimateriaalien integrointi tyypin IV vedyn varastosäiliöihin on merkittävä edistysaskel turvallisuuden ja suorituskyvyn parantamisessa. Ei-metallisten vuorausten, kuten polyamidin (PA6), suurtiheyksisen polyeteenin (HDPE) ja polyesterimuovien (PET), käyttöönotto parantaa vedyn haurastumisen ja korroosion kestävyyttä. Lisäksi näiden muovikomposiittimateriaalien kevyet ominaisuudet auttavat vähentämään painoa ja alentamaan logistiikkakustannuksia. Koska tyypin IV säiliöt ovat yleistymässä markkinoilla ja tyypin III säiliöt pysyvät hallitsevina, vedyn varastointiteknologioiden jatkuva kehittäminen on ratkaisevan tärkeää vedyn täyden potentiaalin hyödyntämiseksi puhtaana energialähteenä.