Wysokociśnieniowe, niezwykle pojemne zbiorniki kompozytowe do transportu wodoru tzw. rurowozami opracowuje międzynarodowe konsorcjum, w którego skład wchodzą naukowcy z Wydziału Mechanicznego PWr.

Zbiorniki będą jednak służyć nie tylko do przewożenia wodoru z miejsca jego produkcji, np. do stacji tankowania pojazdów wodorowych, ale także do magazynowania tego gazu i to w ogromnych ilościach - nawet do 1,5 tony gazu pod ciśnieniem 700 bar.

Jak informują przedstawicie Politechniki Wrocławskiej, miejsca, które pozyskują energię ze źródeł odnawialnych, takich jak fotowoltaika czy turbiny wiatrowe, mogą łączyć się z elektrolizerem produkującym wodór. W momentach nadmiarowej produkcji energii można taką nadwyżkę przetwarzać na wodór i magazynować w zbiorniku, a w okresie zastoju, czyli przy braku słonecznej pogody czy wiatru, wodór może być z powrotem zamieniany na energię.

Możliwość przechowywania i transportu dużych ilości wodoru jest kluczowa w kontekście wykorzystywania go jako bardziej ekologicznej alternatywy dla paliw kopalnych. Poza tym nowoczesne zbiorniki mają być tańsze niż obecnie stosowane rozwiązania. Koszt ich wytworzenia nie będzie przekraczać 400 euro na każdy kilogram przewożonego wodoru.

„Nasze rozwiązanie pod każdym względem będzie więc znacznie przewyższało te obecnie wykorzystywane – mówi dr inż. Paweł Gąsior z Katedry Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej, kierownik projektu po stronie PWr. – Do tej pory konstruowano zbiorniki do transportu maksymalnie 800 kg wodoru, a koszt ich produkcji w przeliczeniu na kilogram wahał się od 600 do 800 euro”.

Aktualnie stosowane zbiorniki należą do tzw. czwartej generacji. Praktycznie nią mają one w sobie elementów metalowych, a liner, czyli część bezpośrednio odpowiadająca za zatrzymanie gazu w środku, jest w nich zbudowany z tworzyw takich jak polietylen.

Konsorcjum „ROAD TRHYP” będzie zaś tworzyło zbiorniki piątej generacji. W ogóle nie będą one miały linera, który zawsze stanowi najsłabsze ogniwo w kontekście bezpieczeństwa zbiornika, a szczelność będzie w nich zapewniała warstwa wewnętrzna wykonana z termoplastycznego tworzywa, która w procesie produkcyjnym przeniknie w strukturę kompozytową zbiornika niczym żywica.

Zespół z PWr ma być odpowiedzialny za prowadzenie badań związanych z bezpieczeństwem opracowywanego rozwiązania. Będą one służyć określeniu, czy zbiorniki spełniają bardzo wyśrubowane normy i pozwolą wyznaczyć wartości graniczne dla tych konstrukcji.

„Będą to badania hydrauliczne, bo większość testów prowadzonych na zbiornikach gazowych jest realizowana z użyciem substancji ciekłych, jak woda, glikol czy olej hydrauliczny – tłumaczy dr Gąsior. – Przeprowadzimy szereg testów mechanicznych, wytrzymałościowych, a także badania cykliczno-zmęczeniowe w temperaturach pokojowych i ekstremalnych”.

Biorący udział w projekcie prof. Jerzy Kaleta dodaje, że w ramach takich testów zbiorniki będą np. wielokrotnie tankowane roztankowywane, rozrywane i uszkadzane w zaprogramowany sposób w celu sprawdzenia ich resztkowej wytrzymałości. Testy będą również obejmować badania penetracyjne powłoki kompozytowej z wykorzystaniem broni oraz sprawdzanie wytrzymałości w niskich (arktycznych) lub wysokich (tropikalnych) temperaturach.

„Musimy sprawdzić, jaka jest wytrzymałość takiego zbiornika i czy jego zawór bezpieczeństwa zadziała tak jak powinien, czyli stopniowo będzie upuszczać niewielkie ilości gazu, który się wypali, żeby nie doprowadzić do rozerwania +butli+ - opowiada. - Wszystkie badania przeprowadzimy w naszym Laboratorium Zbiorników Wysokociśnieniowych z wykorzystaniem zaawansowanych urządzeń, jako że takie zbiorniki są zbudowane z niezwykle wytrzymałych materiałów, w tym tzw. wysokomodułowych włókien węglowych”.

Naukowcy z Wrocławia wysokociśnieniowym gromadzeniem wodoru zajmują się już od kilkunastu lat. Współpracują z największymi firmami z tej branży z całego świata. W Katedrze Mechaniki, Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej prowadzone są zarówno prace badawczo-rozwojowe, jak i wdrożeniowe, m.in. związane z certyfikacją gotowych zbiorników.

Wodór, jak podkreślają specjaliści z PWr, jest neutralny klimatycznie, dlatego określa się go mianem gazu przyszłości. Zwiększenie jego użycia zakłada przyjęty przez UE plan Europejski Zielony Ład oraz uchwalony niedawno w związku z sytuacją w Ukrainie plan REPowerEU. Z decyzjami tymi wiążą się zaś wielomiliardowe inwestycje.

Wodór odnawialny (inaczej zielony) ma służyć przede wszystkim jako neutralny dla środowiska nośnik energii, ale również jako element produkcji zielonego amoniaku (alternatywnego nawozu), zielonego metanolu (alternatywnego paliwa dla żeglugi, która obecnie generuje ogromne ilości CO2) czy zielonej kerozyny (neutralnego pod względem emisji paliwa lotniczego).

„Badania prowadzone m.in. na naszej uczelni są kolejnym krokiem w zapewnieniu powodzenia takich rozwiązań, a także bezpieczeństwa energetycznego w UE” - podkreślają przedstawiciele PWr.

Konsorcjum tworzone jest przez kilkanaście europejskich firm zajmujących się nowoczesnymi technologiami wodorowymi i kompozytowymi oraz instytucje naukowe: Politechnikę Wrocławską i francuskie Centre National de la Recherche Scientifique. Finansowanie zapewni mu dotacja Komisji Europejskiej w wysokości 2,5 mln euro.

Fot. Depositphotos