Efficiëntie maximaliseren: slimme componentkeuzes voor waterstofbrandstofcelvoertuigen

Over de hele wereld worden significante investeringen gedaan in waterstofmobiliteit en de infrastructuur die het mogelijk maakt.

Waarom? Naarmate voertuigfabrikanten streven naar steeds hogere efficiëntie en emissiereductie, is waterstofbrandstofceltechnologie steeds aantrekkelijker geworden. Waterstofbrandstofcelvoertuigen gebruiken waterstofgas en zuurstof om elektriciteit te creëren in een brandstofcel die een elektrisch motor aandrijft, wat resulteert in nul-emissie operatie, groot vermogen, en het koppel vereist voor zware toepassingen.

Het is een veelbelovende technologie en een markt die snel beweegt en snel evolueert. Regeringen en industrieleiders adresseren de barrières voor adoptie en investeren echt in de ondersteuning en ontwikkeling van waterstoftransport. Van een componentstandpunt, hebben we gewerkt om de juiste oplossingen te bieden voor waterstofbrandstofceltechnologie om haar volledige potentieel te bereiken, zowel binnen de voertuigen zelf als als onderdeel van de opkomende infrastructuur die vereist zal zijn voor grootschalige adoptie.

Er zijn diverse belangrijke overwegingen die gemaakt moeten worden bij het selecteren en specificeren van waterstofcomponenten voor betrouwbare operatie van voertuigen en infrastructuur. Hier zijn een paar dingen om in gedachten te houden:

Materiaalkeuze is belangrijk

Corrosiebeheer is belangrijk in elke toepassing waar buiskoppelingen betrekking hebben, maar waterstofinheeming poseert een specifieke, unieke uitdaging. Waterstofverspronding kan 316 roestvrij staal beïnvloeden, een wijdverspreide legeringstype gebruikt voor koppelingen, kleppen en buizen, inclusief die gewoonlijk gebruikt in waterstofvoertuigarchitectuur.

Het fenomeen treedt deels op omdat waterstof bestaat uit zeer kleine moleculen – zo klein dat waterstof in de kubische roestermuur van het materiaal kan bewegen, de moleculaire bindingen ontbinden en de integriteit van het materiaal compromitteren. In effect kan waterstofverspronding ervoor zorgen dat sommige graden van roestvrij staal meer gedragen als gietijzer: heel broos en vatbaar voor barsten.

Als zodanig moeten waterstofinfrastructuurontwerpers nauwkeurig letten op de samenstelling van roestvrij staal. Een hogere concentratie chroom en nikkel kan beschermen tegen waterstofverspronding door grotere duktiliteit en corrosieweerstand te promoten. De American Society for Testing and Materials (ASTM) vereist een minimum van 10% nikkel in 316 roestvrij staalformuleringen, maar hogerwaardig 316 roestvrij staal met 12% minimum nikkel is beter geschikt voor de unieke uitdagingen van waterstof. Swagelok gebruikt roestvrij staal dat een minimum van 12% nikkel heeft.

Prestaties onder druk

Weerstand tegen lekkages is cruciaal in elk fluïdensysteem. Maar binnen waterstofvoertuig- en infrastructuurtoepassingen, zijn er enkele speciale overwegingen te maken bij het selecteren en specificeren van typen componenten bij het maken van verbindingen.

Eerst, waterstofopslag is hooggeperst; hoe hoger de druk, hoe verder het voertuigbereik. Vandaag de dag slaan waterstofvoertuigen het gas op bij 350 bar of 700 bar (5.000 psi of 10.200 psi), afhankelijk van de behoeften van de toepassing. Veel kortafstand-vloot, bijvoorbeeeld, gebruiken 350 bar (5.000 psi), wetend dat elk voertuig elke nacht terug kan keren naar een centrale hub voor tanken. In langere-afstand toepassingen zoals vrachttransport, biedt 700 bar (10.000 psi) een veel langer bereik, waar fabrikanten mikken op 640 km (1.000 km). Hogere drukken vereisen hogere prestatiecomponenten, en traditionele opties zijn simpelweg niet toepasbaar.

Trillingsweerstand is ook cruciaal. Hoewel belangrijk in industriële toepassingen, moeten koppelingen en verbindingen in waterstoftoepassingen in staat zijn om betrouwbaar de herhaalde en constante trillingen geassocieerd met een rijdend voertuig te weerstaan. Kegel-en-draadkoppelingen, bijvoorbeeeld, worden handmatig gemaakt. De kwaliteit van buisvoorbereiding kan variëren afhankelijk van de monteur – en waterstof is heel onvergelijkend van imperfecties. Het klein-moleculaire gas kan ontsnappen door de meest minieme ruimtes, en zelfs de kleinste lekkages kunnen een groot issue worden. Alleen geavanceerde, consistente koppelingstechnologie, zoals Swagelok's FK-serie, kan de juiste prestaties leveren.

Toepassingsspecifieke componenten

Doorheen de gehele waterstoftransportruimte, hebben verschillende voertuigen verschillende ontwerp- en componentvereisten. Overweeg gemeentelijke busvloot, een prime gebied van kans voor waterstofbrandstofcelkracht. Omdat ze opslagtanks op het dak hebben, vereist busarchitectuur enige inherent flexibiliteit versus lange-afstand voertuigen; als zodanig bieden betrouwbare slangen die 350 bar (5.000 psi) kunnen hanteren enige flexibiliteit in plaats van de rigiditeit van staalbuizen.

Hier is het belangrijk dat slangselectie de juiste criteria ontmoet. Van dezelfde redenen dat hoogpresterende 316 roestvrij staalformuleringen overwogen moeten worden voor buizen en koppelingen in waterstoftoepassingen overall, zullen polymere kern slangen met metaal overvlecht het niet halen in waterstofbussen. Ontwerpers moeten slangselectie bekijken met dezelfde overwegingen, door ervoor te kiezen die gemaakt zijn van hoogwaardige materialen om een specifieke toepassing te hanteren.

Roibuste ondersteuning

In het streven naar het potentieel dat waterstoftransport vertegenwoordigt, moeten ontwerpers en fabrikanten kijken om te werken met componentleveranciers met aanzienlijke, wijdverbreide expertise in de waterstofruimte.

Onze teams hebben gewerkt met gasachtige systemen, inclusief waterstof, doorheen onze organisatiegeschiedenis. Onze expertise in componentprestaties en materialenwetenschappelijke excellentie, gecombineerd met robuuste, wereldwijd reikende service en ondersteuning, kan fabrikanten in de waterstoftransportruimte helpen nieuwe en groeiende kansen overal te grijpen.

Geïnteresseerd in meer te leren? Neem vandaag contact op met Swagelok om te leren hoe we kunnen helpen betrouwbare waterstoftransportvoertuigen en infrastructuur te bouwen.