Optimierung der Komponentenauswahl für Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge

Optimierung der Komponentenauswahl für Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge

Chuck Hayes, Chefingenieur

Weltweit wird erheblich in die Wasserstoffmobilität und die dafür notwendige Infrastruktur investiert.

Wieso den? Da Fahrzeughersteller danach streben, eine immer höhere Effizienz zu erzielen und Emissionen zu senken, ist die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie immer attraktiver geworden. Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge verwenden Wasserstoffgas und Sauerstoff, um Strom in einer Brennstoffzelle zu erzeugen, die einen Elektromotor antreibt und einen emissionsfreien Betrieb, große Pferdestärken und das für Hochleistungsanwendungen erforderliche Drehmoment liefert.

Es ist eine vielversprechende Technologie und ein Markt, der sich schnell bewegt und schnell entwickelt. Regierungen und Branchenführer gehen die Hindernisse für die Einführung an und investieren wirklich in die Unterstützung und Entwicklung des Wasserstofftransports. Aus Sicht der Komponenten haben wir daran gearbeitet, die richtigen Lösungen für die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie bereitzustellen, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, sowohl in den Fahrzeugen selbst als auch als Teil der aufkeimenden Infrastruktur, die für eine groß angelegte Einführung erforderlich sein wird.

Bei der Auswahl und Spezifikation von Wasserstoffkomponenten für den zuverlässigen Betrieb von Fahrzeugen und Infrastruktur müssen mehrere wichtige Überlegungen angestellt werden. Beachten Sie Folgendes:

Materialauswahl ist wichtig

Korrosionsschutz ist in jeder Anwendung wichtig, in der es um Rohrverschraubungen geht, aber die Eindämmung von Wasserstoff stellt eine besondere, einzigartige Herausforderung dar. Wasserstoffversprödung kann sich auf Edelstahl 316 auswirken, einen weit verbreiteten Legierungstyp, der für Armaturen, Ventile und Rohre verwendet wird, einschließlich derjenigen, die üblicherweise in der Architektur von Wasserstofffahrzeugen verwendet werden.

Das Phänomen tritt teilweise auf, weil Wasserstoff aus sehr kleinen Molekülen besteht – so klein, dass Wasserstoff in kubische Gitternetzwände des Materials eindringen kann, seine molekularen Bindungen entpackt und die Integrität des Materials beeinträchtigt. In der Tat kann die Wasserstoffversprödung dazu führen, dass sich einige Edelstahlsorten eher wie Gusseisen verhalten:sehr spröde und anfällig für Risse.

Daher müssen Entwickler von Wasserstoffinfrastrukturen sorgfältig auf die Zusammensetzung von Edelstahl achten. Eine höhere Konzentration an Chrom und Nickel kann Wasserstoffversprödung verhindern, indem sie eine größere Duktilität und Korrosionsbeständigkeit fördert. Die American Society for Testing and Materials (ASTM) fordert mindestens 10 % Nickel in 316-Edelstahlformulierungen, aber hochwertiger 316-Edelstahl mit mindestens 12 % Nickel ist besser für die einzigartigen Herausforderungen von Wasserstoff geeignet. Swagelok verwendet Edelstahl mit mindestens 12 % Nickel.

Leistung unter Druck

Beständigkeit gegen Leckagen ist in jedem Flüssigkeitssystem entscheidend. Bei Wasserstofffahrzeugen und Infrastrukturanwendungen müssen jedoch einige besondere Überlegungen bei der Auswahl und Spezifikation von Komponententypen beim Herstellen von Verbindungen angestellt werden.

Erstens steht die Wasserstoffspeicherung unter hohem Druck; Je höher der Druck, desto größer die Reichweite des Fahrzeugs. Heutige Wasserstofffahrzeuge speichern das Gas je nach Bedarf der Anwendung entweder bei 350 bar oder 700 bar (5.000 psi oder 10.200 psi). Viele Kurzstreckenflotten verwenden beispielsweise 350 bar (5.000 psi), da sie wissen, dass jedes Fahrzeug jede Nacht zum Auftanken zu einem zentralen Knotenpunkt zurückkehren kann. Bei Anwendungen mit größerer Reichweite wie dem Lkw-Transport bieten 700 bar (10.000 psi) eine viel größere Reichweite, bei der die Hersteller 400 Meilen (1.000 km) anstreben. Höhere Drücke erfordern leistungsfähigere Komponenten, und traditionelle Optionen sind einfach nicht anwendbar.

Auch die Vibrationsfestigkeit ist entscheidend. Während sie in industriellen Anwendungen wichtig sind, müssen Fittings und Verbindungen in Wasserstoffanwendungen in der Lage sein, den wiederholten und konstanten Vibrationen, die mit einem fahrenden Fahrzeug verbunden sind, zuverlässig standzuhalten. Konus- und Gewindefittings werden zum Beispiel manuell hergestellt. Die Qualität der Rohrvorbereitung kann je nach Installateur variieren – und Wasserstoff verzeiht keine Unvollkommenheiten. Das winzige Molekülgas kann selbst durch die kleinsten Zwischenräume entweichen, und selbst kleinste Lecks können zu einem großen Problem werden. Nur fortschrittliche, konsistent passende Technologie, wie die FK-Serie von Swagelok, kann die richtige Leistung bieten.

Anwendungsspezifische Komponenten

Im gesamten Bereich des Wasserstofftransports haben verschiedene Fahrzeuge unterschiedliche Design- und Komponentenanforderungen. Betrachten Sie städtische Busflotten, ein erstklassiges Einsatzgebiet für Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb. Da sie Speichertanks auf dem Dach haben, erfordert die Busarchitektur im Vergleich zu Langstreckenfahrzeugen eine gewisse Flexibilität; Daher bieten zuverlässige Schläuche, die 350 bar (5.000 psi) standhalten, eine gewisse Flexibilität anstelle der Steifigkeit von Stahlrohren.

Hier ist es wichtig, dass die Schlauchauswahl die richtigen Kriterien erfüllt. Aus den gleichen Gründen, aus denen hochleistungsfähige 316-Edelstahlformulierungen für Rohre und Armaturen in Wasserstoffanwendungen auf breiter Front in Betracht gezogen werden sollten, werden Polymerkernschläuche mit Metallumflechtung in Wasserstoffbussen nicht ausreichen. Konstrukteure sollten die Schlauchauswahl mit den gleichen Überlegungen betrachten, indem sie diejenigen auswählen, die aus hochwertigen Materialien hergestellt sind, um eine bestimmte Anwendung zu bewältigen.

Robuster Support

Um das Potenzial auszuschöpfen, das der Wasserstofftransport darstellt, sollten Konstrukteure und Hersteller versuchen, mit Komponentenlieferanten zusammenzuarbeiten, die über beträchtliche und weitreichende Fachkenntnisse im Wasserstoffbereich verfügen.

Unsere Teams haben in der gesamten Geschichte unserer Organisation mit gasförmigen Systemen, einschließlich Wasserstoff, gearbeitet. Unser Know-how in Bezug auf Komponentenleistung und hervorragende Materialwissenschaften, kombiniert mit robustem, weltweitem Service und Support, kann Herstellern im Bereich des Wasserstofftransports helfen, überall neue und wachsende Möglichkeiten zu ergreifen.

Möchten Sie mehr erfahren? Wenden Sie sich noch heute an Swagelok, um zu erfahren, wie wir beim Aufbau zuverlässiger Wasserstofftransportfahrzeuge und -infrastrukturen helfen können.