Maximizando Eficiência: Escolhas Inteligentes de Componentes para Veículos a Célula de Combustível de Hidrogênio

Otimizando a Seleção de Componentes para Veículos a Célula de Combustível de Hidrogênio

Chuck Hayes, Engenheiro Principal

Ao redor do mundo, investimento significativo está sendo feito em mobilidade a hidrogênio e na infraestrutura que a torna possível.

Por quê? À medida que fabricantes de veículos buscam impulsionar eficiência cada vez maior e reduzir emissões, a tecnologia de célula de combustível de hidrogênio tornou-se cada vez mais atraente. Veículos a célula de combustível de hidrogênio utilizam gás hidrogênio e oxigênio para criar eletricidade em uma célula de combustível que alimenta um motor elétrico, entregando operação de zero emissões, grande potência e o torque requerido para aplicações de serviço pesado.

É uma tecnologia promissora e um mercado que está se movendo rapidamente e evoluindo rapidamente. Governos e líderes da indústria estão abordando as barreiras à adoção e verdadeiramente investindo no apoio e desenvolvimento de transporte a hidrogênio. Do ponto de vista de componentes, temos trabalhado para fornecer as soluções certas para tecnologia de célula de combustível de hidrogênio atingir seu pleno potencial, tanto dentro dos próprios veículos quanto como parte da infraestrutura nascente 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 Importa

Controle de corrosão é importante em qualquer aplicação onde conexões para tubos estão envolvidas, 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 usado para conexões, válvulas e tubulação, incluindo aqueles comumente usados na arquitetura de veículos a hidrogênio.

O fenômeno ocorre, em parte, porque o hidrogênio é composto de moléculas muito pequenas — tão pequenas que o hidrogênio pode mover-se para as paredes da rede cúbica do material, desfazendo suas ligações moleculares e comprometendo a integridade do material. Em efeito, a fragilização por hidrogênio pode causar alguns graus de aço inoxidável a agir mais como ferro fundido: muito quebradiço e suscetível a trincas.

Como tal, projetistas de infraestrutura de hidrogênio devem prestar atenção cuidadosa à composição do aço inoxidável. Uma concentração mais alta de cromo e níquel pode defender contra a fragilização por hidrogênio promovendo maior ductilidade e resistência à corrosão. A Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM) requer um mínimo de 10% de níquel em formulações de aço inoxidável 316, mas aço inoxidável 316 de alta qualidade com 12% mínimo de níquel é mais adequado para os desafios únicos do hidrogênio. A Swagelok usa aço inoxidável que tem um mínimo de 12% de níquel.

Desempenho Sob Pressão

Resistência contra vazamentos é crítica em qualquer sistema de fluidos. Mas dentro de aplicações de veículos e infraestrutura de hidrogênio, existem 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 o alcance do veículo. Os veículos de hidrogênio de hoje 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 centro central todas as noites para reabastecimento. Em aplicações de longo alcance como caminhões, 700 bar (10.000 psi) fornece um alcance muito maior, onde fabricantes estão mirando 400 milhas (1.000 km). Pressões mais altas requerem componentes de desempenho mais alto, e opções tradicionais simplesmente não são aplicáveis.

Resistência à vibração também é crítica. Embora importante em aplicações industriais, conexões e conexões em aplicações de hidrogênio devem ser capazes de suportar confiavelmente as vibrações repetidas e constantes associadas a um veículo em movimento. 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 imperfeições. O gás de minúsculas moléculas pode escapar através dos menores espaços, e até os menores vazamentos podem se tornar um grande problema. Apenas tecnologia avançada de conexões consistentes, como a série FK da Swagelok, pode fornecer o desempenho certo.

Componentes Específicos para Aplicação

Através de todo o espaço de transporte a hidrogênio, diferentes veículos têm diferentes requisitos de projeto e componentes. Considere frotas de ônibus municipais, uma área principal de oportunidade para energia de célula de combustível de hidrogênio. Como eles têm tanques de armazenamento no teto, a arquitetura do ônibus requer alguma flexibilidade inerente versus veículos de longa distância; como tal, mangueiras confiáveis que podem lidar com 350 bar (5.000 psi) fornecem alguma flexibilidade em vez da rigidez de tubulação de aço.

Aqui, é importante que a seleção de mangueiras atenda aos critérios certos. Pelas mesmas razões que formulações de aço inoxidável 316 de alto desempenho devem ser consideradas para tubos e conexões em aplicações de hidrogênio em geral, mangueiras de núcleo polimérico com trança metálica não servem em ônibus a hidrogênio. 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 atingir o potencial que o transporte a hidrogênio representa, designers e fabricantes devem procurar trabalhar com fornecedores de componentes com experiência considerável e ampla no espaço de 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 suporte e serviço robustos e globalmente abrangentes, podem ajudar fabricantes no espaço de transporte a hidrogênio a aproveitar novas e crescentes oportunidades em todo lugar.

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