Optimaliseren van de keuze van onderdelen voor voertuigen op waterstofbrandstof

Het optimaliseren van de selectie van componenten voor voertuigen met waterstofbrandstofcellen

Chuck Hayes, hoofdingenieur

Wereldwijd wordt fors geïnvesteerd in waterstofmobiliteit en de infrastructuur die dit mogelijk maakt.

Waarom? Nu autofabrikanten streven naar een steeds hogere efficiëntie en minder uitstoot, is waterstofbrandstofceltechnologie steeds aantrekkelijker geworden. Voertuigen met waterstofbrandstofcellen maken gebruik van waterstofgas en zuurstof om elektriciteit op te wekken in een brandstofcel die een elektromotor aandrijft, wat zorgt voor een emissievrije werking, veel pk's en het vereiste koppel voor zware toepassingen.

Het is een veelbelovende technologie en een markt die snel beweegt en snel evolueert. Overheden en industrieleiders pakken de belemmeringen voor adoptie aan en investeren echt in de ondersteuning en ontwikkeling van waterstoftransport. Vanuit het oogpunt van componenten hebben we gewerkt aan het bieden van de juiste oplossingen voor waterstofbrandstofceltechnologie om het volledige potentieel te benutten, zowel in de voertuigen zelf als als onderdeel van de snelgroeiende infrastructuur die nodig is voor grootschalige toepassing.

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

Materiaalselectie is belangrijk

Corrosiebeheersing is belangrijk in elke toepassing waar het buisfittingen betreft, maar waterstofinsluiting vormt een specifieke, unieke uitdaging. Waterstofbrosheid kan invloed hebben op 316 roestvrij staal, een wijdverbreid legeringstype dat wordt gebruikt voor fittingen, kleppen en buizen, inclusief die vaak worden gebruikt in de architectuur van waterstofvoertuigen.

Het fenomeen doet zich gedeeltelijk voor omdat waterstof bestaat uit zeer kleine moleculen - zo klein dat waterstof in kubische roosternetwerkwanden van het materiaal kan bewegen, de moleculaire bindingen uitpakken en de integriteit van het materiaal in gevaar brengen. In feite kan waterstofbrosheid ertoe leiden dat sommige soorten roestvrij staal meer als gietijzer gaan werken:zeer bros en vatbaar voor scheuren.

Als zodanig moeten ontwerpers van waterstofinfrastructuur goed letten op de samenstelling van roestvrij staal. Een hogere concentratie chroom en nikkel kan bescherming bieden tegen waterstofbrosheid door een grotere ductiliteit en corrosieweerstand te bevorderen. American Society for Testing and Materials (ASTM) vereist een minimum van 10% nikkel in 316 roestvrij staal formuleringen, maar hogere kwaliteit 316 roestvrij staal met 12% minimum nikkel is beter geschikt voor de unieke uitdagingen van waterstof. Swagelok gebruikt roestvrij staal dat minimaal 12% nikkel bevat.

Prestaties onder druk

Weerstand tegen lekken is van cruciaal belang in elk vloeistofsysteem. Maar binnen waterstofvoertuigen en infrastructuurtoepassingen zijn er enkele speciale overwegingen bij het selecteren en specificeren van soorten componenten bij het maken van verbindingen.

Ten eerste staat waterstofopslag onder hoge druk; hoe hoger de druk, hoe groter de actieradius van het voertuig. De waterstofvoertuigen van tegenwoordig slaan het gas op bij 350 bar of 700 bar (5.000 psi of 10.200 psi), afhankelijk van de behoeften van de toepassing. Veel korteafstandsvloten gebruiken bijvoorbeeld 350 bar (5.000 psi), wetende dat elk voertuig elke nacht naar een centraal knooppunt kan terugkeren om te tanken. In toepassingen met een groter bereik, zoals vrachtwagens, biedt 700 bar (10.000 psi) een veel groter bereik, waar fabrikanten streven naar 400 mijl (1.000 km). Hogere drukken vereisen componenten met hogere prestaties en traditionele opties zijn eenvoudigweg niet van toepassing.

Trillingsbestendigheid is ook van cruciaal belang. Hoewel belangrijk in industriële toepassingen, moeten fittingen en verbindingen in waterstoftoepassingen betrouwbaar bestand zijn tegen de herhaalde en constante trillingen die gepaard gaan met een bewegend voertuig. Zo worden conus- en schroefdraadfittingen handmatig gemaakt. De kwaliteit van de buisvoorbereiding kan variëren, afhankelijk van de installateur - en waterstof is zeer meedogenloos voor onvolkomenheden. Het gas met kleine moleculen kan zelfs door de meest minuscule ruimtes ontsnappen, en zelfs de kleinste lekken kunnen een groot probleem worden. Alleen geavanceerde, consistent passende technologie, zoals de FK-serie van Swagelok, kan de juiste prestaties leveren.

Toepassingsspecifieke componenten

Over de hele waterstoftransportruimte hebben verschillende voertuigen verschillende ontwerp- en componentvereisten. Overweeg gemeentelijke busvloten, een uitstekend gebied van kansen voor waterstofbrandstofcelstroom. Omdat ze opslagtanks op het dak hebben, vereist busarchitectuur enige inherente flexibiliteit ten opzichte van langeafstandsvoertuigen; als zodanig bieden betrouwbare slangen die 350 bar (5.000 psi) aankunnen, enige flexibiliteit in plaats van de stijfheid van stalen buizen.

Hierbij is het belangrijk dat de slangkeuze aan de juiste criteria voldoet. Om dezelfde redenen dat hoogwaardige 316 roestvrijstalen formuleringen moeten worden overwogen voor buizen en fittingen in waterstoftoepassingen over de hele linie, zullen polymeerkernslangen met metalen vlechtwerk het niet snijden in waterstofbussen. Ontwerpers moeten de selectie van slangen met dezelfde overwegingen bekijken, door te kiezen voor slangen die gemaakt zijn van hoogwaardige materialen voor een specifieke toepassing.

Robuuste ondersteuning

Bij het zoeken naar het potentieel dat waterstoftransport vertegenwoordigt, moeten ontwerpers en fabrikanten samenwerken met leveranciers van componenten met een aanzienlijke, brede expertise op het gebied van waterstof.

Onze teams hebben de hele geschiedenis van onze organisatie met gasvormige systemen gewerkt, waaronder waterstof. Onze expertise op het gebied van componentprestaties en uitmuntende materiaalwetenschap, gecombineerd met robuuste, wereldwijd bereikbare service en ondersteuning, kan fabrikanten in de waterstoftransportruimte helpen overal nieuwe en groeiende kansen te grijpen.

Geïnteresseerd om meer te leren? Neem vandaag nog contact op met Swagelok om te ontdekken hoe we kunnen helpen bij het bouwen van betrouwbare voertuigen en infrastructuur voor waterstoftransport.