Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> Pembuluh darah

Serat karbon dalam bejana tekan untuk hidrogen

Hidrogen sebagai CO2 -alternatif bebas bahan bakar fosil telah ada selama beberapa dekade, dan pertumbuhan bejana tekan plastik yang diperkuat serat karbon (CFRP) untuk penyimpanan hidrogen pasti meningkat. Namun pada tahun 2020, hidrogen menjadi mandat, yang diidentifikasi oleh Komisi Eropa (EC) sebagai prioritas utama untuk mencapai Kesepakatan Hijau Eropa untuk ekonomi berkelanjutan dan UE yang netral iklim pada tahun 2050. Peristiwa penting untuk hidrogen dalam penerbangan meliputi:

Kelangsungan hidup hidrogen sebagai sumber bahan bakar — terlepas dari industrinya — bergantung pada perkembangan pesat berbagai teknologi transportasi, pengiriman, dan penyimpanan yang masih muda tetapi berkembang pesat. Mengkomersilkan teknologi ini tidak akan sederhana, tetapi mereka sedang ditangani. Di bawah ini adalah ringkasan dari beberapa pekerjaan yang sedang dilakukan.

Hidrogen Universal

Didirikan bersama pada tahun 2020 oleh Paul Eremenko, mantan CTO untuk Airbus SE (Leiden, Belanda) dan United Technologies Corp. (Farmington, Conn., AS), tujuan Universal Hydrogen adalah membantu transisi ke penerbangan bertenaga hidrogen dengan menyediakan hidrogen infrastruktur pengisian bahan bakar. Salah satu komponen utama adalah modul bahan bakarnya yang terdiri dari H2 twin kembar tangki penyimpanan dalam rangka polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP). “Kami akan memasok modul ke lokasi sesuai kebutuhan, jadi tidak perlu infrastruktur penyimpanan hidrogen,” jelas CTO Universal Hydrogen J.P. Clarke. “Modul hanya dimuat ke dalam pesawat seperti baterai atau persediaan dapur.”

Kredit Foto:Hidrogen Universal

Modul telah dikembangkan terlebih dahulu untuk Dash 50 kursi 8 dan ATR pesawat regional turboprop. Modul ini akan menampilkan tangki berdiameter 3 kaki sepanjang 7 kaki, menggunakan serat karbon untuk menahan H2 gas pada 850 bar mencapai densitas 50 kg/m 3 , atau tangki logam berinsulasi untuk menampung cairan H2 (LH2 ) pada tekanan dan suhu standar mencapai 71 kg/m 3 kepadatan. Padahal LH2 tangki menawarkan efisiensi volumetrik yang lebih tinggi, tangki terisolasi tetapi tidak didinginkan harus digunakan dalam waktu 42 jam karena LH2 menguap jika tidak disimpan pada -253°C. “Kedua tangki jenis ini akan ditempatkan dalam rangka komposit ringan yang dioptimalkan secara struktural yang juga memberikan ketahanan benturan dan beberapa kemampuan menahan beban,” kata Clarke.

H2 tangki bensin akan mencakup lapisan polimer kedap air yang dibungkus dengan lapisan jalinan serat karbon kering dan lapisan luar pelindung serat aramid Kevlar. “Tidak perlu resin,” jelas Clarke. “Pelapis menangani permeabilitas, sementara karbon menangani beban hoop dan aksial dan lapisan luar plus bingkai mencegah kerusakan; sehingga berat dan ketebalan berkurang. Desain tangki dan rangka yang terintegrasi ini, bila dikombinasikan dengan pemetaan fungsi ke setiap lapisan tangki, memungkinkan kami mendapatkan beberapa peningkatan signifikan dalam fraksi massa.”

Fraksi massa dihitung dengan membagi massa massa hidrogen yang tersimpan dengan massa seluruh modul, sehingga semakin besar fraksi massa, semakin baik. “Kami melakukan studi perdagangan yang sangat ekstensif dengan melihat fraksi massa dan efisiensi volumetrik dalam konteks Dash 8 dan ATR pesawat, ”catat Clarke. “Jadi, Anda melihat volume dan berat bahan bakar versus apa yang bisa muat di pesawat ini, jangkauan yang dapat dicapai dan berat lepas landas maksimum, distribusi berat, dll. Dengan H2 gas di 850 bar, kita bisa terbang sekitar 400 mil laut dengan cadangan 45 menit dan sekitar 550 mil laut dengan LH2 tank. Namun, panjang panggung rata-rata untuk misi turboprop adalah sekitar 300 mil laut, jadi luas sebagian besar penerbangan ini dapat dilakukan dengan gas H2 sistem menggunakan tangki CFRP.”

Akankah Universal Hydrogen bermitra dengan produsen tangki komposit? “Strategi kami adalah bermitra di tempat yang masuk akal dan tetap berpegang pada bisnis inti kami,” kata Clarke. Dia mengulangi fokus Universal Hydrogen:“Kami ingin menjadi penyedia bahan bakar dan infrastruktur. Kami akan menyediakan modul, dan kami akan membawanya ke tempat yang dibutuhkan sehingga mitra kami dapat fokus pada desain dan operasi pesawat lainnya. Tujuan kami adalah menjadi pendukung penerbangan bertenaga hidrogen.”

SpaceTech4Sea

Seperti penerbangan, pengiriman juga diatur dalam peraturan yang dirancang untuk mengurangi CO2 dan emisi gas rumah kaca (GRK) lainnya. Mulai Januari 2018, kapal dengan berat lebih dari 5.000 ton kotor yang memuat atau menurunkan kargo atau penumpang di pelabuhan di Wilayah Ekonomi Eropa (EEA) harus memantau dan melaporkan CO2 mereka emisi. Lebih jauh lagi, sebagai bagian dari konvensi MARPOL untuk mengurangi polusi dari kapal, Organisasi Maritim Internasional (IMO) telah mengamanatkan sejak Januari 2020 bahwa sulfur dalam bahan bakar minyak harus dikurangi dari 3,50% m/m (massa demi massa) menjadi 0,50%. IMO juga telah berkomitmen pada strategi awal GRK untuk mengejar pengurangan 50% pada tahun 2050 dibandingkan dengan tingkat tahun 2008.

“Kemungkinan terbaik untuk mematuhinya adalah awalnya beralih ke gas alam cair (LNG),” kata Dr. Panayotis Zacharioudakis, direktur pelaksana Ocean Finance (Athena, Yunani), sebuah firma penasihat yang memajukan keberlanjutan maritim dan koordinator proyek-proyek EC SuperGreen dan SpaceTech4Sea. SuperGreen akan menciptakan sistem transportasi hijau dan berkelanjutan di Yunani yang terdiri dari kapal komuter listrik dan dua LNG/katamaran listrik hibrida yang akan menghubungkan pelabuhan Piraeus dengan pelabuhan lain di jaringan Mediterania timur. “Untuk proyek ini, kami sedang membangun feri berkecepatan tinggi di CFRP,” jelas Zacharioudakis. “Jika kami menggunakan tangki LNG logam canggih, beratnya tujuh metrik ton, yang setara dengan sedikit lebih dari 70 penumpang [100 kilogram per orang dengan bagasi]. Jadi, kami harus mengurangi kapasitas penumpang hingga 70 orang.”

Mengapa berat ekstra? “Dibandingkan dengan diesel, LNG harus disimpan pada cryogenic -163°C dan tangki logam harus menggunakan bahan, konstruksi, insulasi dan sistem operasi yang memenuhi persyaratan IMO untuk bahan bakar gas, atau kode IGF,” kata Zacharioudakis. Untuk Ocean Finance, bobot ekstra tidak dapat diterima, sehingga mulai meneliti solusi yang mungkin dan menemukan laporan tentang cryotanks Cimarron Composites (Huntsville, Ala., AS) yang dikembangkan bersama NASA.

“Ini adalah saat kami memulai proyek SpaceTech4Sea EASME (Badan Eropa untuk UKM),” kata Zacharioudakis. “Idenya adalah untuk memodifikasi teknologi kedirgantaraan untuk aplikasi maritim.” Mitra proyek ketiga adalah lembaga klasifikasi American Bureau of Shipping (ABS, Houston, Tex., A.S.), yang akan memvalidasi dan memenuhi syarat teknologi. Pada bulan September 2019, ABS memberikan persetujuan prinsip (AIP) untuk desain konseptual Cimarron dari tangki LNG komposit berkemampuan cryo yang sangat ringan. Sejak itu, ia telah membangun dan menguji tangki sub dan skala penuh untuk sertifikasi. “Mereka baru saja menyelesaikan pengujian terakhir,” kata Zacharioudakis. “Dalam waktu kurang dari dua bulan, kami akan memiliki sertifikasi penuh untuk tangki LNG komposit untuk pasar kelautan. Tangki ini akan memberikan penghematan berat lebih dari 85% dibandingkan tangki logam konvensional.”

Meskipun sebagian besar spesifikasi tangki adalah milik, pendiri dan presiden Cimarron Composites Tom DeLay mengatakan itu dibuat dengan serat karbon dan resin termoset canggih menggunakan beberapa infus resin dan gulungan filamen basah. “Kami telah menguji tangki berdiameter 25 inci dan 40 inci dan berbicara dengan pembuat feri CFRP untuk SuperGreen tentang tangki dengan kapasitas lima meter kubik [5.000 liter], yang dapat dicapai dengan tangki berdiameter 2 meter. dan panjangnya 2,5 meter.” Ocean Finance melihat pasar untuk lebih dari seribu tank semacam itu dan akan bekerja dengan Cimarron untuk membangun produksi otomatis, mungkin di Yunani.

Dan bagaimana dengan hidrogen? “Bahkan ketika kami menyelesaikan proyek LNG ini, kami sudah mulai melihat hidrogen,” catat Zacharioudakis. “Ada begitu banyak minat, aktivitas, dan sekarang pendanaan tersedia di Eropa. Satu masalah, bagaimanapun, adalah bahwa peraturan maritim menentukan tangki harus menyediakan waktu penahanan hingga 15 hari untuk LNG. Ini akan sama untuk LH2 .” DeLay mengakui bahwa mengembangkan tangki berkemampuan cryo untuk LH2 (-253ºC, lihat di atas) jauh lebih sulit daripada mengembangkan tangki berkemampuan cryo untuk LNG (-196ºC); salah satu tantangannya adalah menemukan material yang tahan terhadap getas dan retak. Dia sekarang bekerja dengan Ocean Finance untuk membantu menyelesaikan studi perdagangan, melihat faktor teknis dan ekonomi dari penggunaan H2 cair versus gas untuk kapal laut.

Tank Neptunus untuk H2 bensin

Khususnya, Cimarron Composites telah mengembangkan tangki CFRP Tipe IV untuk penyimpanan hidrogen dan gas lainnya bertekanan tinggi. “Tangki Jupiter asli kami dikembangkan untuk mengangkut sebagian besar gas industri, termasuk hidrogen, pada tekanan 4.350 psi [300 bar],” kata DeLay. “Namun, hidrogen diangkut lebih efektif pada tekanan yang lebih tinggi, itulah sebabnya kami mengembangkan tangki Neptunus 7.500 psi [517 bar].”

Baik tangki Jupiter dan Neptunus telah lulus segudang tes sesuai persyaratan UN ISO 11515 dan tersedia dalam berbagai diameter dan panjang hingga 26 kaki. “Tangki ini dikembangkan untuk pengiriman dalam modul standar dengan truk, kereta api, atau kapal,” catat Delay. “Kami telah menemukan bahwa diameter 30 inci memiliki efisiensi pengemasan yang ideal, memungkinkan kami untuk mengangkut lebih banyak hidrogen dibandingkan dengan silinder berdiameter lebih besar. Dengan panjang 19 kaki, kita dapat memasukkan sembilan tangki ke dalam kontainer standar 20 kaki. Dengan 67 kilogram gas hidrogen per tangki, kami dapat memindahkan 600 kilogram dalam wadah 20 kaki dan 1.200 kilogram dalam wadah standar 40 kaki.”

“Kami membeli serat karbon dari semua pemasok utama, termasuk Toray [Tokyo, Jepang], Mitsubishi Rayon [Tokyo], Teijin [Rockwood, Tenn., AS] dan Hyosung [Seoul, Korea Selatan],” tambah DeLay, “tetapi untuk Neptunus kami memiliki kualifikasi dengan tiga pemasok berbeda secara bersamaan. Kami memformulasi resin sendiri menggunakan produk yang tersedia secara komersial dan sangat ketat mengontrol kandungan serat dan resin serta tegangan selama gulungan filamen dan siklus pengeringan oven untuk mencegah stres termal. Semua ini menambah kinerja mekanis tangki.”

Terlepas dari apakah kebutuhan untuk penyimpanan cairan kriogenik atau penyimpanan gas bertekanan tinggi, DeLay melihat peluang yang berkembang. “Kami membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk mengembangkan keahlian kami,” katanya, “mulai dari tangki bahan bakar untuk roket hingga tangki penyimpanan dan transportasi besar yang kami kembangkan dan produksi sekarang. Setahun yang lalu, saya skeptis tentang hidrogen, berpikir satu-satunya alasan untuk itu adalah dorongan dari pemerintah. Tapi sekarang kami mendapatkan pesanan yang sangat besar dan segala macam permintaan. Kita dapat melihat bahwa, secara global, berbagai industri berinvestasi secara serius dalam hidrogen dan pemerintah mendukung perkembangan ini. Sepertinya kami siap dengan produk yang tepat di waktu yang tepat.”


Pembuluh darah

  1. Serat Karbon
  2. Mengapa Serat Karbon adalah Bahan Manufaktur yang Hebat untuk Perhiasan
  3. Peralatan Serat Karbon Untuk Rumah Anda
  4. Apa itu Serat Karbon?
  5. 5 Tips Menemukan Produsen Suku Cadang Serat Karbon Terbaik
  6. Plastik Bertulang Serat Karbon (CFRP)
  7. 3 Penggunaan Teratas Untuk Pencetakan 3D Serat Karbon Dalam Manufaktur
  8. Penggunaan Inovatif untuk Serat Karbon
  9. Apakah Serat Karbon Konduktif?
  10. Konsorsium menargetkan solusi untuk struktur komposit termoplastik serat karbon