Otimização da seleção de componentes para veículos de célula de combustível de hidrogênio

Otimização da seleção de componentes para veículos de célula a combustível de hidrogênio

Chuck Hayes, engenheiro principal

Em todo o mundo, investimentos significativos estão sendo feitos na mobilidade do hidrogênio e na infraestrutura que a torna possível.

Por quê? À medida que os fabricantes de veículos procuram aumentar cada vez mais a eficiência e reduzir as emissões, a tecnologia de células de combustível de hidrogênio tornou-se cada vez mais atraente. Veículos com célula de combustível de hidrogênio utilizam gás hidrogênio e oxigênio para criar eletricidade em uma célula de combustível que alimenta um motor elétrico, proporcionando operação de zero emissões, grande potência e o torque necessário para aplicações pesadas.

É uma tecnologia promissora e um mercado que está se movendo rapidamente e evoluindo rapidamente. Governos e líderes do setor estão abordando as barreiras à adoção e investindo verdadeiramente no suporte e desenvolvimento do transporte de hidrogênio. Do ponto de vista dos componentes, temos trabalhado para fornecer as soluções certas para a tecnologia de células de combustível de hidrogênio para atingir todo o seu potencial, tanto dentro dos próprios veículos quanto como parte da infraestrutura emergente que será necessária para adoção em larga escala.

Existem várias considerações importantes que devem ser feitas ao selecionar e especificar componentes de hidrogênio para operação confiável de veículos e infraestrutura. Aqui estão algumas coisas para manter em mente:

A seleção de materiais é importante

O controle de corrosão é importante em qualquer aplicação no que diz respeito a conexões de tubos, mas a contenção de hidrogênio representa um desafio específico e único. A fragilização por hidrogênio pode impactar o aço inoxidável 316, um tipo de liga amplamente utilizado em conexões, válvulas e tubos, incluindo aqueles comumente usados ​​na arquitetura de veículos movidos a hidrogênio.

O fenômeno ocorre, em parte, porque o hidrogênio é composto de moléculas muito pequenas – tão pequenas que o hidrogênio pode se mover para as paredes da rede cúbica do material, desempacotando suas ligações moleculares e comprometendo a integridade do material. Com efeito, a fragilização por hidrogênio pode fazer com que alguns tipos de aço inoxidável ajam mais como ferro fundido:muito quebradiço e suscetível a rachaduras.

Como tal, os projetistas de infraestrutura de hidrogênio devem prestar muita atenção à composição do aço inoxidável. Uma maior concentração de cromo e níquel pode defender contra a fragilização por hidrogênio, promovendo maior ductilidade e resistência à corrosão. A American Society for Testing and Materials (ASTM) exige um mínimo de 10% de níquel em formulações de aço inoxidável 316, mas o aço inoxidável 316 de alta qualidade com 12% mínimo de níquel é mais adequado para os desafios exclusivos do hidrogênio. A Swagelok usa aço inoxidável com no mínimo 12% de níquel.

Desempenho sob pressão

A resistência contra vazamentos é crítica em qualquer sistema de fluido. Mas dentro de veículos a hidrogênio e aplicações de infraestrutura, há algumas considerações especiais a serem feitas na seleção e especificação de tipos de componentes ao fazer conexões.

Primeiro, o armazenamento de hidrogênio é altamente pressurizado; quanto maior a pressão, maior a autonomia do veículo. Os veículos de hidrogênio atuais armazenam o gás a 350 bar ou 700 bar (5.000 psi ou 10.200 psi), dependendo das necessidades da aplicação. Muitas frotas de curto alcance, por exemplo, utilizam 350 bar (5.000 psi), sabendo que cada veículo pode retornar a um hub central todas as noites para reabastecimento. Em aplicações de longo alcance, como caminhões, 700 bar (10.000 psi) oferece um alcance muito maior, onde os fabricantes pretendem 400 milhas (1.000 km). Pressões mais altas exigem componentes de alto desempenho e as opções tradicionais simplesmente não são aplicáveis.

A resistência à vibração também é crítica. Embora importantes em aplicações industriais, conexões e conexões em aplicações de hidrogênio devem ser capazes de suportar de forma confiável as vibrações repetidas e constantes associadas a um veículo em movimento. As conexões de cone e rosca, por exemplo, são feitas manualmente. A qualidade da preparação do tubo pode variar dependendo do instalador - e o hidrogênio é muito implacável com as imperfeições. O gás de molécula minúscula pode escapar até mesmo pelos espaços mais minúsculos, e até mesmo os menores vazamentos podem se tornar um grande problema. Somente tecnologia avançada e de ajuste consistente, como a série FK da Swagelok, pode fornecer o desempenho certo.

Componentes específicos do aplicativo

Em todo o espaço de transporte de hidrogênio, diferentes veículos têm diferentes requisitos de design e componentes. Considere as frotas de ônibus municipais, uma área privilegiada de oportunidade para a energia das células de combustível de hidrogênio. Por terem tanques de armazenamento no teto, a arquitetura de ônibus requer alguma flexibilidade inerente em relação aos veículos de longa distância; como tal, mangueiras confiáveis ​​que podem lidar com 350 bar (5.000 psi) fornecem alguma flexibilidade em vez da rigidez da tubulação de aço.

Aqui, é importante que a seleção da mangueira atenda aos critérios corretos. Pelas mesmas razões que as formulações de aço inoxidável 316 de alto desempenho devem ser consideradas para tubos e conexões em aplicações de hidrogênio em geral, mangueiras de núcleo de polímero com metal sobre trança não serão suficientes em barramentos de hidrogênio. Os projetistas devem ver a seleção de mangueiras com as mesmas considerações, escolhendo aquelas feitas com materiais de alta qualidade para lidar com uma aplicação específica.

Suporte robusto

Ao buscar alcançar o potencial que o transporte de hidrogênio representa, projetistas e fabricantes devem procurar trabalhar com fornecedores de componentes com experiência considerável e abrangente no espaço do hidrogênio.

Nossas equipes têm trabalhado com sistemas gasosos, incluindo hidrogênio, ao longo da história de nossa organização. Nossa experiência em desempenho de componentes e excelência em ciência de materiais, combinada com serviços e suporte robustos e de alcance global, podem ajudar os fabricantes no espaço de transporte de hidrogênio a aproveitar oportunidades novas e crescentes em todos os lugares.

Interessado em aprender mais? Entre em contato com a Swagelok hoje para saber como podemos ajudar a construir veículos e infraestrutura de transporte de hidrogênio confiáveis.